KR101430427B1 - 콤포짓 파워 인덕터의 양측면에 전기 단자를 추가 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

스퍼터링 기법에 의하여, 기존의 콤포짓 또는 파워 인덕터의 저면의 양단에 형성되는 두 개의 전기 단자 이외에, 이 저면 단자와 이어지는 상기 인덕터의 대응하는 좌우 양측면에까지 전기 단자를 형성함으로써 상기 인덕터의 회로와의 땜납 용착력을 크게 보강할 수 있는 수단이 제공된다.
즉, 본 발명에는, 코일 권선판(卷線板) (30) 내의 복수 개의 각 코일 권선핀(pin) (31)의 주위에 전선을 연속 권선하여 서로 연결된 복수 개의 공심(空心) 코일 (33)을 얻는 제1 공정과, 상기 공심 코일 (33)이 권선된 상태의 제1 공정의 권선판 (30)을 인덕터 상부 성형용 성형기 (34')에 안치하고 여기에 금속 자성체 분말 (35)를 투입한 다음 가압ㆍ성형하여 내부에 복수 개의 개별 인덕터 (CI)를 포함하는 1차 성형체 (36)을 얻는 제2 공정과, 상기 제2 공정의 성형기로부터 코일 권선판 (30)을 제거한 1차 성형체 (36)을 인덕터 하부 성형용 성형기 (34")에 안치하고 여기에 금속 자성체 분말 (35)를 추가하여 가압ㆍ성형함으로써 내부에 복수 개의 개별 인덕터 (CI)가 매립(埋立)된 2차 성형체 (37)을 얻는 제3 공정과, 상기 2차 성형체 (37)의 두 개의 저면 단자를 형성시킬 표면에 단자 격리용 마스킹 쉴드 (masking shield, 39)를 점착(粘着)시킨 후 이들 마스킹 쉴드 사이에 종방향으로 세장형(細長型) 슬릿 (slit, 40)을 형성한 것에 스퍼터링 기법으로 금속 박막을 증착시켜 저면 단자 (Ta',Tb') 및 측면 단자 (Ta",Tb")를 각각 동시에 일체로 형성한 다음 상기 마스킹 쉴드 (39)를 박리ㆍ제거하는 제4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 콤포짓 파워 인덕터의 양측면에 단자를 추가 형성하는 방법이 기재되어 있다.

Description

콤포짓 파워 인덕터의 양측면에 전기 단자를 추가 형성하는 방법{A Method of Forming Further Electric Terminals On Both Sides Of A Composited Power Inductor}

본 발명은 두 개의 전기 단자가 일면 (예컨대, 저면)에만 형성되어 있는, 예를 들자면, 기존의 콤포짓 파워 인덕터 (composited power inductor) (이하, 간단히 "인덕터"라고 부르기로 한다)의 좌우 양측면에도 금속 박막 형태의 전기 단자를 추가 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

기존의 인덕터는 두 개의 코일 단자가 일면, 즉 저면에만 접해 있으므로, 회로 기판에 조립시에는 이들 단자 부분을 땜납에 의하여 상기 기판에 용착(溶着)시킬 수 있다.

기존의 인덕터의 간단한 제조 방법들은, 예컨대 본 발명자에 의한 한국 특허 제10-1044607호 및 특허 제10-1044608호와 2010년 3월 3일자 한국 특허원 제10-19188호에 기재되어 있다. 특히, 상기 특허 제10-1044608호의 명세서의 도면 중의 도 6(라)에 도시되어 있는 바와 같이, 각 인덕터 (CI)는 그 일면에만 한 쌍의 전기 단자편 (13)이 형성되게 된다. 상기 특허원 제10-19188호에 있어서 스퍼터링 (sputtering) 기법에 의하여 형성된 전기 단자 (Ta,Tb)도 역시 인덕터의 소정의 일면에만 형성된다.

그런데, 상기 각 특허 및 특허원에 설명되어 있는 바와 같이, 인덕터를 구성하는 주요 소자는 공심(空心) 코일 이외에 철계 금속 자성체 (분말)이다. 전기 단자편이 증착된 표면을 제외한 상기 인덕터의 표면 (즉, 성형된 금속 자성체의 표면)에는 땜납 등의 용착 재료가 직접 피착될 수 없으므로 [땜납과 금속 자성체는 상용성(相容性)이 없다], 상기 인덕터의 저면과 더불어 그의 양측면을 회로 기판에 땜납으로 용착시키는 것은 사실상 불가능하다.

또한, 제조 공정에 따라 코일 단자가 인덕터 측면의 일정 부위를 통하여 외부로 돌출하도록 인덕터를 성형할 수도 있는데, 이 경우 측면으로부터 노출되는 코일 단자가 제기능을 하게 하려면 인덕터 양측면과 저면이 전기적으로 연결되는 일체형의 L자형 단자가 형성되어야 한다. 이렇게 되면, 상기 각 측면 단자에 대한 땜납 용착이 가능하게 되므로, 회로에 대한 인덕터의 보다 견고한 땜납 용착력을 얻는 것이 용이하게 될 것이다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제 내지 목적은, 인덕터의 저면에 마련되는 저면 단자 이외에, 상기 인덕터의 좌우 양측면에도 땜납과의 용착력을 유지할 수 있는 측면 전기 단자, 예컨대 금속 박막형 측면 단자를 상기 저면 단자와 동시에 일체로 형성하는 방법을 제공하고자 함에 있다.

본 발명 방법이 해결하고자 하는 과제 내지 목적은 다음에 의하여 달성될 수 있다.

(1) 코일 권선판(卷線板) 내의 복수 개의 각 코일 권선핀(pin)의 주위에 전선을 연속 권선하여 서로 연결된 복수 개의 공심(空心) 코일을 얻는 제1 공정과,

상기 공심 코일이 권선된 상태의 제1 공정의 권선판을 인덕터 상부 성형용 성형기에 안치하고 여기에 금속 자성체 분말을 투입한 다음 가압ㆍ성형하여 내부에 복수 개의 개별 인덕터를 포함하는 1차 성형체를 얻는 제2 공정과,

상기 제2 공정의 성형기로부터 코일 권선판을 제거한 1차 성형체를 인덕터 하부 성형용 성형기에 안치하고 여기에 금속 자성체 분말을 추가하여 가압ㆍ성형함으로써 내부에 복수 개의 개별 인덕터가 매립(埋立)된 2차 성형체를 얻는 제3 공정과,

상기 2차 성형체의 두 개의 저면 단자를 형성시킬 표면에 단자 격리용 마스킹 쉴드 (masking shield)를 점착(粘着)시킨 후 이들 마스킹 쉴드 사이에 종방향으로 세장형(細長型) 슬릿 (slit)을 형성한 것에 스퍼터링 기법으로 금속 박막을 증착시켜 저면 단자 및 측면 단자를 각각 동시에 형성한 다음 상기 마스킹 쉴드를 박리ㆍ제거하는 제4 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는, 콤포짓 파워 인덕터의 양측면에 단자를 추가 형성하는 방법.

(2) 상기 (1)에 있어서, 매립된 인덕터의 공심 코일의 좌우 리드선은 상기 인덕터의 저면의 좌우 양단 또는 상기 인덕터의 양측면의 적소에서 외부로 노출되도록 하는 것인, 콤포짓 파워 인덕터의 양측면에 단자를 추가 형성하는 방법.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 세장형 슬릿의 형성은 마스킹 쉴드의 점착 전에 행해지는 것인, 콤포짓 파워 인덕터의 양측면에 단자를 추가 형성하는 방법.

본 발명의 방법에 의하면, 인덕터의 각 코일 리드선의 외부로의 돌출 위치에 따라 외부 전극, 즉 전기 단자를 예컨대 인덕터의 저면 뿐만 아니라, 이 저면과 이어지는 인덕터의 양측면에도 용이하게 금속 박막, 즉 측면 단자를 대응하는 각 저면 단자와 일체로 형성할 수 있다. 이에 따라, 외관 및 크기 [사이즈]가 균일한 인덕터 제품을 편리하게 생산할 수 있다. 더욱이, 단자의 강도 및 땜납 용착력이 향상되므로, 상기 인덕터를 회로 기판에 견고하게 용착시키는 것이 가능하다. 이에 따라 전기ㆍ전자 제품의 견고성 내지 내충격성이 크게 증대하게 되므로, 전기ㆍ전자 장치의 고장률을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 한국 특허 제10-1044608호에 기재되어 있는 종전의 방법에 따라 얻은 복수 개의 인덕터가 매립된 성형체의 단자 형성면을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 인덕터를 전자 회로 중에 땜납으로 용착시킨 상태의 예시도이다.
도 3(가) 내지 도 3(바)는 본 발명의 방법을 설명하는 개략도이다.
도 4(가) 내지 도 4(마)는 전기 단자를 스퍼터링 기법에 따라 인덕터의 저면의 양단 및 인덕터의 양측면에 동시에 일체로 형성하는 원리를 도식적으로 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 인덕터 제품을 전자 회로 중에 땜납으로 용착시킨 상태의 예시도이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 따라 상세히 설명하겠다.

도 1(가)는 전술한 한국 특허 제10-1044607호 및 제10-1044608호에 기재되어 있는 성형법을 응용하여 성형된 복수 개의 인덕터 (CI)가 매립된 성형체를 간략히 나타낸 것으로, 여기서 부호 1a 및 1b는 상기 인덕터 (CI)의 소정의 일면에 형성되는 한 쌍의 좌우 전기 단자 형성부를 나타낸다.

상기 특허 제10-1044608호에서는 공심 코일의 리드선 돌출 부위에 금속편을 피착시켜 외부 전극, 즉 외부 전기 단자를 형성시키고 있으나, 특허원 제10-19188호는 이른바 스퍼터링 (sputtering) 기법에 의하여 인덕터 (CI)의 소정의 일면에 금속 박막을 증착시킴으로써 전기 단자를 간략하게 형성하고 있다. 상기 스퍼터링 기법은 이미 오래 전부터 공지된 금속 박막 증착 기술이다. 이에 대한 기술적 개요는, 상기 특허원 제10-19188호에서 도면에 따라 상세히 기재하고 있는 바와 같이, 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다. 본 발명에서는 기존의 기타의 금속 증착법을 이용할 수도 있으나, 스퍼터링 기법에 의한 전기 단자 형성법을 채용하여 설명하기로 한다.

도 1에 있어서, 성형된 복수 개의 인덕터 (CI)가 매립되어 있는 [도면에서는 169개 (13×13)의 CI가 매립되어 있으나, 그 수효는 설계 값에 따라 가변적이다.] 인덕터 성형체를 부호 MS로 표시하였다. 도면 중에 음영으로 표시된 부분이 전기 단자 (1a,1b)로 기능하는 부분인데, 이들 단자는 전술한 바와 같이 인덕터 (CI)의 일면(즉, 저면)의 소정의 위치에 별도의 금속 박판(薄板)으로 된 외부 단자를 용착 형성하거나, 스퍼터링 증착 기법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다. 도 1 중 부호 EI로 나타낸 부분은 단자 (1a)와 단자 (1b) 사이에 이루어진 부위로서, 이들 두 개의 단자 사이에 전기 절연을 확보하기 위한 구역이며, 스퍼터링 기법을 이용할 경우에는 해당 부분을 사전에 적당히 마스킹함으로써 형성시킬 수 있다. 도 1 중의 음영 표시 부분 (즉, 1a 및 1b 부분)이 공지의 스퍼터링 기법에 의하여 인덕터 (CI)의 필요한 일면에 금속 [예컨대, 금(Au), 은(Ag), 주석(Sn), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등] 박막이 증착 (피착)된 단자인 것이다.

그러나, 전술한 바와 같이, 본 발명자는 인덕터 (CI)의 저면 양단의 두 개의 단자 부위 뿐만 아니라 양측면 부위까지도 땜납으로 용착시킬 수 있다면 회로와의 용착력을 높일 수 있을 것이라는 아이디어에 이르게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.

본 발명의 특징과 그 개요를 도 3(가) 내지 도 3(바)에 나타낸다.

도 3(가) 및 도 3(나)에 의하면, 코일 권선판(卷線板) (30)에 형성되어 있는 복수 개의 권선핀(pin) (31)의 주위에, 자동 전선[와이어] 권선기(卷線機) (도시를 생략한다)에 의하여 공급되는 전선을 미리 정한 권선량으로 자동 권선하여 공심 코일 (33)을 형성한다. 본 발명에 있어서, 사용되는 전선의 직경은 0.05~0.15 ㎜인데, 그 선택은 최종 인덕터의 규격에 따라 좌우되며 특별한 제한이 없다. 상기 권선핀 (31)의 직경 및 높이 역시 최종 인덕터의 규격에 따라 좌우되는데, 그 직경 대 높이의 비율은 대략 3:5로 하는 것이 편리하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 권선핀 (31)의 직경이 0.3 ㎜, 높이가 0.5 ㎜인 것을 사용하였다.

이어서, 상기 공심 코일 (33)이 감겨 있는 상태의 권선판 (30)을 그대로 인덕터 성형기 (34')에 옮기고, 그 상부로부터 소정량의 금속 자성체(磁性體) 분말 (35)를 투입한 다음, 성형 가압기 (P)에 의하여 소정의 조건하에 가압하여 성형 작업을 행함으로써 인덕터 상부 성형체 (36)을 얻는다. 상기 가압력은 소기의 인덕터의 규격에 따라 달라지지만, 3~7 톤/㎠의 범위로 할 수 있다. 다음 단계에서는, 그 결과 성형된 인덕터 상부 성형체 (36)으로부터 권선판 (30)을 꺼내어 제거한다. 이어서, 상기 상부 성형체 (36)을 하부 성형기 (34")에 뒤집어 안치하고, 그 상부로부터 동일한 금속 자성체 분말 (35)를 투입한 다음, 설계된 조건하에 성형 가압기 (P)를 가동함으로써 코일 (33)의 공심 내부에 상기 금속 자성체 분말 (35)가 삽입되어 가압 성형되도록 한다. 이 성형 공정이 종료된 후에, 상기 성형기 (34")로부터 최종 인덕터 성형체 (37)을 꺼내어 회수한다.

도 3(바)에 있어서, 부호 Bs로 나타낸 것은 성형체 (37)의 저면을 의미하는데, 여기에 공심 코일 (33)의 리드선 (38)이 노출된다. 후술하는 하는 바와 같이, 상기 리드선 (38)은 각 인덕터의 좌우 양측면을 통하여 외부로 노출시킬 수도 있다.

도 4(가)는, 도 3(가)~(바)에 나타낸 공정의 결과, 서로 연결된 각각 1개의 공심 코일 (33)이 내부에 매립되어 있는 복수 개 (도시된 예에서는 가로 4개×세로 4개=16개)의 인덕터를 포함하는 성형체 (37)의 내부 구조를 도식적으로 나타낸 것이다. 상기 성형체 (37)의 공심 코일 (33)의 종방향 배열을 따라 리드선 (38)이 노출된 표면 위에 적절한 방식으로 합성 수지 시트 등으로 된 마스킹 쉴드 (masking shield) (39)를 점착(粘着)한다 [도 4(나)]. 이어서, 상기 공심 코일 (33)의 각 종방향 배열 사이에 세장형(細長型)의 슬릿 (40)을 형성한다 [도 4(다)]. 이 슬릿 (40)의 형성 및 구조에 관한 개략도는 도 4(라)이다. 상기 마스킹 쉴드 (39)의 점착 공정과 상기 슬릿 (40)의 형성 공정은 그 전후를 달리하여도 무방하며, 또는 동시에 수행할 수도 있다. 다음에, 상기 성형체 (37)을 스퍼터링 장치 (도시를 생략하며, 그 원리의 개요는 특허원 제10-19188호에 도시되어 있다)에 도입하여 공지의 방법으로 금속 박막 증착 공정을 실시한다. 이 때, 후술하는 도 4(라)의 확대도에 도시한 바와 같이, 성형체 (37)은 스퍼터링 장치 내에서 코일 리드선 (La 및 Lb)이 노출된 면이 위로 향하도록 놓이지만, 그 놓이는 방식은 스퍼터링 장치의 구조에 좌우된다. 피착되는 금속은 인덕터 (CI)의 설계 명세에 따라, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 니켈(Ni) 등의 적절한 전기 양도체(良導體) 금속 중에서 선택될 수 있다. 본 발명에서는 은(Ag)을 증착 금속 재료로 사용하였다.

도 4(라)는, 도 4(다)의 Q-Q선 단면도로서, 상기 스퍼터링 공정에 의하여, 예컨대 은(Ag) 금속 박막이 인덕터 (CI)의 저면에 마스킹 쉴드 (39)에 의하여 형성된 단자 격리 구역 (EI)를 사이에 두고 좌우 양단의 저면 단자 (Ta' 및 Tb') 뿐만 아니라, 각 슬릿 (40)을 통하여 그 슬릿의 표면, 즉 각 인덕터 (CI)의 오부의 좌우양측면에도 단자로 기능할 수 있는 금속[Ag] 박막, 즉 좌우 측면 단자 (Ta" 및 Tb")가 대응하는 저면 단자 (Ta' 및 Tb')와 각각 일체로 연결되어 형성되어 있는 상태를 간략하게 보여 주고 있다. 이에 따라, 단면이 "L"자형인 한 쌍의 외부 단자 (Ta'-Ta" 및 Tb'-Tb")가 각각 일체로 형성되는 것이다. 상기 도 4(라)에 있어서, 공심 코일 (33)의 좌우 리드선 (La 및 Lb)는 각각 인덕터 (CI)의 저면에서 외부에 도출되도록 도시되어 있으나, 인덕터 (CI)의 양측면에 형성될 측면 단자 (Ta" 및 Tb")와 전기 접속되도록 인덕터 (CI)의 양측면의 적소에서 각각 외부로 노출되도록 할 수 있다 (도시를 생략한다).

마스킹 쉴드 (39)는 스퍼터링 공정 후에, 도 4(마)의 부호 39'로 나타낸 바와 같이, 적절한 방식으로 박리ㆍ제거된다. 이어서, 상기 성형체 (37)을 역시 도 4(마)에서 일점쇄선으로 나타낸 가로ㆍ세로의 각 절취선에 따라 절취하면, 사전 설계 규격에 따라 요구되는 복수 개의 개별 인덕터 (CI)를 쉽게 얻을 수 있다 [도 4마)에 도시된 예의 경우, 제작되는 인덕터의 수효는 4×4=16개이다].

상기 일체로 형성되는 단자 (Ta'-Tb', Ta"-Tb")의 박막 두께는 스퍼터링 조건, 예컨대 스퍼터링 전압, 시간 등의 조건 등과 기타 여러 가지 소망하는 요건들에 따라 수 천 Å 내지 수 ㎛의 범위로 조정할 수 있는데, 이는 이 기술 분야의 숙련자들에 의하여 용이하게 수행될 수 있다. 상기 예시된 본 발명의 경우에 있어서, 단자의 박막 두께는 평균 약 2 ㎛인 것으로 측정되었다.

도 5는 전술한 본 발명의 공정에 따라 제조된 인덕터 (CI)를 기판 (A)의 인쇄 회로 (B)의 소정의 위치에 배치할 경우에 땜납 용착이 실시된 상태를 모식적으로 보여주고 있다. 즉, 본 발명의 인덕터 (CI)는 그 저면의 전기 절연부 (EI)의 양단의 두 개의 저면 단자 (Ta',Tb')가 형성된 부위에서 뿐만 아니라, 좌우 측면의 각 단자, 즉 측면 단자 (Ta",Tb")가 형성된 부위에서도 땜납에 의한 용착부 (Sa,Sb)를 쉽게 형성하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 이는 도 2에 나타낸 기존 인덕터 제품의 2개소의 저면 단자 용착부 (S₁,S₂)에만 의지하는 용착력보다 더 견고한 용착력을 발휘할 수 있게 해준다. 도시된 예에 있어서, 공심 코일 (33)의 상단으로부터 성형체 (37)의 상면 (Us) 및 측면 (Ss)까지의 각 거리 (Ds 및 Dw)는 제품의 설계 규격에 따라 약 0.05~2 ㎜의 범위로 다양하게 할 수 있으나, 본 발명에서는 그 범위에 특별한 제한을 두지 않는다.

CI: 인덕터
EI: 전기 절연 구역
30: 코일 권취판
31: 코일 권취핀
33: 공심 코일
37: 인덕터 성형체
39: 마스킹 쉴드
40: 슬릿
Ta', Tb': 저면 단자
Ta", Tb": 측면 단자

Claims (3)

1. 코일 권선판(卷線板) (30) 내의 복수 개의 각 코일 권선핀(pin) (31)의 주위에 전선을 연속 권선하여 서로 연결된 복수 개의 공심(空心) 코일 (33)을 얻는 제1 공정과,
   상기 공심 코일 (33)이 권선된 상태의 제1 공정의 권선판 (30)을 인덕터 상부 성형용 성형기 (34')에 안치하고 여기에 금속 자성체 분말 (35)를 투입한 다음 가압ㆍ성형하여 내부에 복수 개의 개별 인덕터 (CI)를 포함하는 1차 성형체 (36)을 얻는 제2 공정과,
   상기 제2 공정의 성형기로부터 코일 권선판 (30)을 제거한 1차 성형체 (36)을 인덕터 하부 성형용 성형기 (34")에 안치하고 여기에 금속 자성체 분말 (35)를 추가하여 가압ㆍ성형함으로써 내부에 복수 개의 개별 인덕터 (CI)가 매립(埋立)된 2차 성형체 (37)을 얻는 제3 공정과,
   상기 2차 성형체 (37)의 두 개의 저면 단자를 형성시킬 표면에 단자 격리용 마스킹 쉴드 (masking shield, 39)를 점착(粘着)시킨 후 이들 마스킹 쉴드 사이에 종방향으로 세장형(細長型) 슬릿 (slit, 40)을 형성한 것에 스퍼터링 기법으로 금속 박막을 증착시켜 저면 단자 (Ta',Tb') 및 측면 단자 (Ta",Tb")를 각각 동시에 일체로 형성한 다음 상기 마스킹 쉴드 (39)를 박리ㆍ제거하는 제4 공정
   을 포함하는 것을 특징으로 하는, 콤포짓 파워 인덕터의 양측면에 단자를 추가 형성하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 매립된 인덕터 (CI)의 공심 코일 (33)의 좌우 리드선은 상기 인덕터의 저면의 좌우 양단 또는 상기 인덕터의 양측면의 적소에서 외부로 노출되도록 하는 것인, 콤포짓 파워 인덕터의 양측면 단자를 추가 형성하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 세장형 슬릿 (40)의 형성은 마스킹 쉴드 (39)의 점착 전에 행해지는 것인, 콤포짓 파워 인덕터의 양측면에 단자를 추가 형성하는 방법.

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