KR101433838B1 - 인덕티브 구성요소 및 상기 인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 층들로 구성된 인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법에서 다음 단계들은 수행된다: a) 제 1 비자기 이산 세라믹 층(5;5a 내지 5h) 상에 구성요소(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)로서 전기 도전성 재료(511 내지 514; 521 내지 524)의 배열; b) 비자기 이산 세라믹 층(5,5a 내지 5h) 내에 적어도 하나의 연속적인 리세스(53,53',53",53'")의 구성; c) 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h)의 상부측상 제 1 자기 세라믹 층(6) 및 상기 비자기 유전체 세라믹 측의 하부측상 제 2 자기 세라믹 층(7)의 배열; 및 d) 양쪽 자기 세라믹 층들(6,7)이 리세스(53,53',53",53'")의 영역에 접촉되어 구성요소(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)의 자기 코어를 형성하는 방식으로, 적어도 하나의 자기 세라믹 층(6,7)이 소성 변형되는 처리 단계 수행. 본 발명은 또한 이런 형태의 인덕티브 엘리먼트에 관한 것이다.
Description
본 발명은 다수의 층들로 형성된 인덕티브 구성요소를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이와 같은 인덕티브 구성요소에 관한 것이다.
스태틱 자기 장치들, 예를들어 트랜스포머들 및 인덕터들은 에너지의 저장 및 변환, 임피던스 매칭, 필터링, 전자기 간섭 방사선 억제 또는 전압 또는 전류 변환을 위하여 설계된 회로들의 주 엘리먼트들이다. 게다가, 이들 구성요소들은 공진 회로들의 주 구성요소들이다. 인덕티브 구성요소들은 일차 전류들에 의한 자기 교번 필드들을 기초로하고, 상기 인덕티브 구성요소들 자체는 이차 전류들을 유도한다. 그러므로 상기 인덕티브 구성요소들은 전류 경로들의 적당한 배열에 의해 자기 재료들 없이 허용 가능한 밀집도 및 효율성을 가지고 고주파수를 위하여 제조될 수 있다. 소형화를 위하여, 유기 또는 세라믹 재료들로 구성된 종래 다중층 회로 장착부들에 집적될 수 있는 부분적으로 편평한 권선들은 와이어 권선에 비해 비교적 값비싼 구성요소들인 것으로 증명되었다. 이 경우, 특히 FR4 재료 또는 LTCC(저온 코파이어(Cofired) 세라믹) 기술로 구성된 폭넓게 사용되는 회로 장착부들은 언급될 수 있다. 이 기술에서, 소결되지 않은 세라믹 녹색 필름들은 금속이 충전된 전기적으로 도전성 페이스트들을 사용하는 스탬핑 및 스크린 프린팅 방법들에 의해 바이어스 및 평면 라인이 제공되고, 그 다음 스택에서 함께 소결된다. 이것은 열적으로 로딩되고, 작은 손실들을 가지며, 밀봉되고 종래 방식으로 추가로 거주되는 기판들을 발생시킨다.
넓은 범위의 전류 및 전압 변환의 적용뿐 아니라, 전력 전자 회로들에서 저역 통과 필터들을 위하여, 저주파수는 자속을 강화하고 성형할 수 있는 자기 재료들을 바탕으로 보다 우수한 자기 결합을 가진 구성요소들에게 필요하다. 페리틱(ferritic) 세라믹으로 구성된 코일 및 트랜스포머 코어들의 넓은 범위의 변형들은 이런 목적을 위하여 상업적으로 판매되고 추후 금속 브래킷들(bracket)의 도움으로 언급되었던 평면 회로 장착부들에 부착될 수 있다.
재료 및 처리 기술에 관한 보다 광범위한 요구들로 인해, 공백에 보다 경제적인 제조를 약속하는 완전한 모놀리식 해결책들이 이루어지는 것은 아직 가능하지 않다. 이 경우 하나의 문제 측면은 세라믹 기술들의 도움으로 재료의 투과성인 페라이트들의 자기 성능의 증가가 경험상 저항 감소를 유발하고 그러므로 트랜스포머의 일차 및 이차측들 사이에서 중요한 DC 전압 절연의 감소를 발생시키는 것이다. 이것을 중화하기 위하여, 우수한 절연을 제공하고 낮은 투과성을 가지는 재료에서 전류를 운반하는 턴들을 삽입하는 것은 본래 가능하다. 이것은 와이어 감김 구성요소들의 경우 와이어 절연부 및 공기에 대응한다.
한편으로 높은 자기 투과성을 가지며 다른 한편으로 턴들의 우수한 절연을 가지는 두 개의 공간 영역들은 도 1에 기본적인 형태로 도시된다. 이 도면은 한편 으로 일차 권선(2) 및 다른 한편 이차 권선(3)이 둘러싸인 환형 코어(1)를 도시한다. 도 2는 수평 방향으로 서로 나란히 배열된 두 개의 환형 코어들(1a 및 1b)이 제공되고, 양쪽 환형 코어들(1a 및 1b)이 수평으로 다른 것의 상부상에 다른 하나가 배열되는 일차 권선(2) 및 이차 권선(3)에 의해 둘러싸인 추가적인 기본 개선 구성을 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 일차 권선(2)의 평면에서의 단면을 도시한다. 권선(2)은 이 경우 점선으로 도시되고 환형 코어들(1a 및 1b)에 의해 형성된 페라이트 코어의 중앙 영역(11)을 둘러싼다. 환형 코어들(1a 및 1b)은 인덕티브 구성요소의 페라이트 코어를 형성한다. 단면에 도시된 수직 페라이트 림들(limb)은 이들 환형 코어들(1a 및 1b)를 형성하기 위하여 상부면 및 하부면상 페라이트 커버링 층들에 의해 밀폐된다. 권선들(2 및 3)뿐 아니라 환형 코어들(1a 및 1b)은 유전체(4)에 삽입된다.
도 4는 페라이트 재료로 구성된 5개의 수직 림들을 가진 항아리형 코어와 유사하게 도시된 추가 단면을 도시한다. 림들은 중앙 영역(11) 및 수직 외부 림들(1a,1b,1c 및 1d)을 특징으로 한다. 이 경우 또한, 상기 장치는 절연 유전체 매체에 삽입된다.
US 5,349,743은 LTCC 기술을 바탕으로 모놀리식으로 집적된 편평한 트랜스포머를 제조하는 방법을 개시한다. 도 1 및 2에 도시된 기본 구조들은 이 경우 비교적 높은 저항과 낮은 투과성을 가진 재료 및 높은 투과성과 낮은 저항을 가진 재료의 접속들에 의해 제조된다. 이들 두 개의 재료들은 하나의 재료의 필름들 내 개 구부들을 스탬핑 아웃하고, 필름 조각들 또는 다른 재료의 필름 스택들로 개구부들을 충전하고, 그 다음 이들을 함께 소결하여 집적된다. 이런 상감 처리는 필름들이 접합 처리되어야 하기 때문에, 심지어 서로 잘 매칭되는 재료들에서도 복잡하고 에러들에 취약하고, 그러므로 비교적 비싸다.
게다가, US 6,198,374는 종래 LTCC 기술을 바탕으로 하는 방법을 개시한다. 이 방법에서, 특히 가장 적당한 페라이트로 구성된 단지 하나의 필름 타입만이 도전체 트랙들상에 프린트하기 위하여 사용된다. 그 다음 이들 필름들은 비자기 유전체 재료로 예를들어 스크린 프린팅에 의해 코팅된다. 이것의 목적은 권선의 턴들 근처에서 필드 라인들의 누설에 의해 유발되는 표유 인덕턴스 및 효율적인 투과성을 감소시키는 것이다. 부가적인 목적은 이런 방식으로 턴들 사이의 전기 절연을 개선하는 것이다. 이것은 스트레스 크랙킹(cracking)을 방지하기 위하여 일정하지 않은 두께로 선택되어서는 않되는 턴들의 영역에서 부가적인 재료 층 단점을 가진다. 특히, 도전체 트랙들 자체는 실제로 저항 손실들을 감소시키기 위하여 전력-전자 애플리케이션들에서 가능한 두께로 만들어져야 한다. 그러므로 공지된 방법은 단지 제한된 효율성을 제공한다.
그러므로, 본 발명은 높은 내전압을 가진 인덕티브 구성요소가 저비용으로 제조되게 하는 방법을 제공하는 목적을 바탕으로 한다. 추가 목적은 이와 같은 인덕티브 구성요소를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항에 청구된 바와 같은 특징들을 가진 방법, 및 청구항 제 20 항에 청구된 바와 같은 특징들을 가진 인덕티브 구성요소에 의해 달성된다.
인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 이 구성요소는 다수의 층들로부터 형성된다. 이 경우, 전기 도전성 재료는 제 1 비자기 유전체 세라믹 층상 구성요소의 턴 또는 권선으로서 배열된다. 게다가, 관통하여 통과하는 적어도 하나의 컷아웃(cutout)은 비자기 유전체 세라믹 층에 형성된다. 제 1 자기 세라믹 층 또는 대응 층 스택은 이런 비자기 유전체 세라믹 층의 상부면 상에 배열된다. 독립된 제 2 자기 세라믹 층 또는 대응 층 스택은 비자기 유전체 세라믹 층의 하부면상에 배열된다. 그 다음 이런 방식으로 생성된 인덕티브 구성요소의 이런 중간 상태는 적어도 하나의 추가 처리 단계를 겪고, 여기서 적어도 하나의 자기 세라믹 층은 접촉부가 구성요소의 자기 코어를 형성하는 컷아웃 영역에 있는 두 개의 자기 세라믹 층들로 만들어지도록 소성 변형된다. 상기 방법은 작은 노력으로, 그러므로 경제적인 방식으로 인덕티브 구성요소가 형성되게 한다. 이 경우 인덕티브 구성요소는 인덕티브 구성요소의 턴들 또는 권선들 사이에서 최적화된 내전압을 가지고 형성될 수 있다. 처리 단계의 시퀀스는 상기된 리스트로 고정되지 않는다. 특히, 두 개의 처음에 언급된 단계들은 반대 시퀀스로 수행될 수 있다.
전기 도전성 재료는 바람직하게 비자기 유전체 세라믹 층내에 삽입되거나 상기 비자기 유전체 세라믹 층상에 프린트된다. 비자기 유전체 세라믹 층 및 자기 세라믹 층들은 바람직하게 필름으로서 제공된다.
세라믹 층의 평면에서 컷아웃의 크기는 세라믹 층의 두께보다 크다.
종래 기술과 비교하여, 턴들 또는 권선들은 바람직하게 통상적으로 비자기 유전체 세라믹 층내에 있거나 그 위에 적어도 프린트된다. 5 내지 10의 층들의 수가 다수의 애플리케이션들을 위하여 충분하고 따라서 몇백 ㎛의 전체 인덕티브 구성요소의 비교적 얇은 재료 두께를 달성하는 것은 경험으로 알 수 있다. 자기 관통 접촉부가 실행되도록 하기 위하여, 적어도 하나의 비자기 유전체 세라믹 층에는 바람직하게 스탬프된 개구부들이 제공되고, 상기 개구부들의 크기는 다중 층의 재료 두께에 비해 크다. 예를들어, 이 경우 1mm 및 3mm 사이, 바람직하게 약 2mm의 크기를 가진 컷아웃을 제공하는 것은 가능하다.
그 다음 페라이트로 구성된 적어도 하나의 폐쇄된 커버링 필름은 바람직하게 이런 비자기 유전체 세라믹 층의 상부면 및 하부면상에 바람직한 방식으로 적층된다.
이 경우, 이들 자기 세라믹 층들은 전기적으로 도전성 재료들 상에 그리고 이에 따라 접속부들 및/또는 권선들상에 직접, 그리고 비자기 유전체 세라믹 층의 상부면 및 하부면상에 직접 제공될 수 있다. 또한 턴들 또는 권선들이 추가 비자기 유전체 세라믹 층에 의해 커버되고 따라서 비자기 유전체 재료에 의해 필수적으로 완전히 둘러싸이는 것은 가능하다. 자기 세라믹 층들에 대한 직접적인 접속은 이런 개선예에서 고안되지 않는다.
적어도 하나의 자기 세라믹 층의 소성 변형을 위한 처리 단계는 바람직하게 소결 처리로서 수행된다. 이런 소결 처리는 바람직하게 페라이트 필름들인 자기 세라믹 층들이 비자기 유전체 세라믹 재료의 컷아웃내 유리 성분의 연화에 의해 발생되는 소성 변형의 결과로서 적층하여 중앙에 자리하는 방식으로 수행된다. 양쪽 자기 세라믹 층들은 바람직하게 이런 소결 처리 동안 변형된다. 실제로, 이것은 자속 회로를 밀폐하는 충분히 큰 단면을 가진 자기 비아를 형성하는 것을 가능하게 한다. 그러므로 자기 세라믹 층들은 최적화된 방식으로 구성요소에 대한 자기 코어를 형성하기 위하여 사용될 수 있다.
코팅은 이런 소결 처리 동안 적어도 하나의 자기 세라믹 층에 바람직하게 제공될 수 있고, 이런 세라믹 층의 변형을 돕기 위하여 배열된다. 이와 같은 코팅은 변형이 정밀한 위치에서 수행되게 하여, 컷아웃쪽으로 자기 세라믹 층들의 변형을 개선시키고 그러므로 두 개의 자기 세라믹 층들과 접촉을 개선한다. 두 개의 자기 세라믹 층들 사이의 접촉 영역은 이에 따라 가능한 한 크게 만들어질 수 있다.
다수의 비자기 유전체 층들은 바람직하게 적층되고, 적어도 하나의 컷아웃은 각각의 비자기 유전체 세라믹 층들에 형성되고, 비자기 유전체 세라믹 층들은 이들 컷아웃들이 최소한 적소들에서 오버랩되도록 적층하여 배열된다. 컷아웃은 적어도 제 2 비자기 유전체 세라믹 층의 컷아웃과 다른 크기들을 가진 비자기 유전체 세라믹 층에 바람직한 방식으로 형성된다. 그 다음 비자기 유전체 세라믹 층들은 모든 비자기 유전체 세라믹 층들을 통과하는 컷아웃이 최소한 적소들에서 탭퍼되도록 설계되는 방식으로 적층된다. 컷아웃은 다수의 비자기 유전체 세라믹 층들을 가진 이런 방식으로 제조된 인덕티브 구성요소의 단면도에 바람직한 방식으로 도시되고, 상기 컷아웃은 처음에 탭퍼되도록 설계되고, 그 다음 다시 넓어진다. 이런 탭퍼 및 추후 넓어짐은 바람직하게 관통하여 통과하는 컷아웃이 단면도에서 수평으로 대칭하여 배열된 라인과 관련하여 대칭으로 형성되도록, 단면도에서 설계된다.
탭퍼는 바람직하게 계단형 프로파일로 형성된다. 계단형 프로파일을 가진 자기 비아들은 유전체 및 자기 층들의 수에 관련하여 큰 설계 자유도를 제공한다.
자기 재료는 적어도 하나의 자기 세라믹 층에 적용되고, 자기 세라믹 층은 자기 재료가 컷아웃의 영역에 배치되도록, 비자기 유전체 세라믹 층상에 배열된다. 자기 재료는 바람직하게 다수의 적층된 비자기 유전체 세라믹 층들의 탭퍼된 컷아웃의 역 구성에 필수적으로 대응하는 구조로 제공된다. 보다 많은 턴들 및 보다 큰 수의 층들이 있을 때, 이런 컷아웃 영역에서 이와 같은 계단형 설계는 외부 자기 세라믹 층들, 특히 페라이트 층들의 과도하게 작은 반경의 곡률을 방지한다.
이런 자기 재료는 자기 세라믹 층들 상에 바람직하게 프린트된다. 이것은 바람직하게 컷아웃 영역에서 자기 세라믹 층들의 소성 변형을 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이런 자기 재료는 바람직하게 페리틱 두꺼운 필름 페이스트로서 스크린 프린팅 방법에 의해 프린트된다. 게다가, 페라이트 페이스트는 컷아웃이 완전히 밀폐되도록 하여, 공기 갭 없이 형성되도록 하기 위하여, 컷아웃 영역에서 적층 처리 전에 자기 세라믹 층들상에 반복적으로 프린트된다.
적어도 두 개의 비자기 유전체 세라믹 층들은 바람직하게 형성되고, 상기 유전체 세라믹 층들 사이에 자기 층, 특히 자기 세라믹 층이 형성된다. 이런 자기 세라믹 층은 바람직하게 연속적인 층 형태이다. 이것은 필드 라인 프로파일들이 계획적으로 조절되게 한다. 예를들어, 이것은 모든 턴들을 통과하지 않고 필드 라인들이 측면에서 탈출하게 한다. 이런 표유 인덕턴스의 크기는 이런 부가적으로 도입된 자기 세라믹 층의 두께에 의해 계획적으로 조절될 수 있다.
단지 하나의 비자기 유전체 세라믹 층을 가진 하나의 개선예에서, 전기적으로 도전성 재료는 이런 비자기 유전체 세라믹 층의 상부면 및 하부면상에 턴들을 형성하기 위하여 설계될 수 있다.
전기적으로 도전성 재료는 인덕티브 구성요소의 일차 권선 및 이차 권선을 형성하기 위하여 배열될 수 있다.
비자기 유전체 세라믹 층은 20㎛ 및 200㎛ 사이, 특히 50㎛ 및 100㎛ 사이의 두께를 가지고 형성된다. 도전체 트랙들 또는 턴들은 높은 절연성 유전체 세라믹에 완전히 삽입될 수 있다. 높은 브레이크다운 세기로 인해, 이들 세라믹 층들은 대응하여 얇게 형성되어, 비용들이 절약되게 하고, 물리적 크기가 소형화되게 한다.
인덕티브 구성요소는 바람직하게 모놀리식 집적 평면 트랜스포머 형태이다.
제안된 방법에서, 자기 투과성 및 전기 절연의 기능들은 각각 맞춤 형성 특정 세라믹들에 의해 각각의 공간 영역들에서 실행되고, 이에 따라 설계 및 요구조건의 높은 효율성 및 구성요소의 높은 용도가 발생한다. 이 경우, 다른 세라믹들은 요구조건에 따라 사용될 수 있다. 만약 인덕티브 구성요소가 고주파들, 예를들어 1 및 2 GHz 사이의 범위에서 사용되고자 한다면, 헥사-페라이트 세라믹들은 바람직하게 특히 바륨-헥사-페라이트 세라믹들에 사용될 수 있다. 이들은 약 10 및 30 사이의 투과성을 가진다.
제 2 등급의 세라믹들은 주파수들이 약 10 내지 약 30 MHz의 매체 범위에서 요구될 때 사용될 수 있다. 이 경우, 예를들어 CuNiZn-페라이트 재료들은 사용될 수 있다. 이런 매체 주파수 범위에서 사용하기 위하여 구성요소들에 이용되는 세라믹들의 투과성은 약 150 내지 약 500의 투과성 값들을 가진다.
게다가, 세라믹들의 추가 등급은 고안되고, 약 1 및 약 3 MHz 사이의 비교적 저주파 범위에서 구성요소들을 위하여 사용된다. 이 경우 예를들어 MnZn 페라이트 재료들은 사용될 수 있다. 이런 등급에 사용되는 세라믹들은 바람직하게 약 500 및 1000 사이의 투과성 값들을 가진다.
제한된 성능을 가진 혼합된 재료는 US 6,198,374의 방법에서 예를들어 행해진 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 사용된다. 게다가, 문제가 있는 처리 단계는 US 5,349,743에 따른 종래 기술에서와 같이 포함되지 않는다.
본 발명에 따른 인덕티브 구성요소는 다수의 층들로 형성되고, 특히 모놀리식 집적 평면 트랜스포머 형태이다. 인덕티브 구성요소는 제 1 비자기 유전체 세라믹 층상에 배열된 적어도 하나의 전기 도전성 권선을 포함한다. 관통하여 통과하는 적어도 하나의 컷아웃은 적어도 하나의 비자기 유전체 세라믹 층에 형성된다. 인덕티브 구성요소는 추가로 비자기 유전체 세라믹 층의 상부면상에 배열된 제 1 자기 세라믹 층을 포함한다. 게다가, 제 2 자기 세라믹 층은 이런 비자기 유전체 세라믹 층의 하부면상에 배열된다. 이들 두 개의 자기 세라믹 층들 중 적어도 하나는 컷아웃의 영역에서 다른 자기 세라믹 층에 연결되도록 컷아웃의 영역에서 소성 변형되고, 상기 구성요소의 자기 코어는 이들 두 개의 세라믹 층들에 의해 전체적으로 형성된다. 이런 방식으로 형성된 인덕티브 구성요소는 턴들 및 권선들 사이의 최적화된 내압을 가지며 게다가 경제적으로 제조될 수 있다.
바람직한 개선들은 종속항들에서 지정된다. 본 발명에 따른 이런 방법을 넘어서는 바람직한 개선은 또한 본 발명에 따른 인덕티브 구성요소의 바람직한 개선으로서 생각될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 개략적인 도면들을 참조하여 하기 텍스트에 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 트랜스포머의 제 1 공지된 기본 구조를 도시한다.
도 2는 트랜스포머의 제 2 공지된 기본 구조를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 트랜스포머의 단면도를 도시한다.
도 4는 공지된 트랜스포머의 일 실시예를 통한 추가 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 인덕티브 구성요소의 제 1 예시적인 실시예를 통한 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 인덕티브 구성요소의 제 2 예시적인 실시예를 통한 단면도를 도시한다.
도 7은 완료되지 않은 본 발명에 따른 인덕티브 구성요소의 추가 예시적인 실시예의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 인덕티브 구성요소의 추가 예시적인 실시예를 통한 단면도를 도시한다.
동일하고 기능적으로 동일한 엘리먼트들에는 도면들에 동일한 참조 부호들이 제공된다.
이 경우, 표현 "비자기 재료"는 자기 세라믹 층에 사용되는 자기 재료와 비교하여 밀접하거나 동일한 상대적 자기 투과성을 가진 재료를 의미한다.
도 5는 완성된 모놀리식 집적 평면 트랜스포머(Ⅰ)의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 이 경우 도면은 본 발명에 필수적인 평면 트랜스포머(Ⅰ)의 일부만을 도시하는 층 스택을 통한 종방향 단면을 도시한다. 단면도는 LTCC 기술을 사용하여 제조되었던 작은 수의 턴들을 가진 평면 트랜스포머(Ⅰ)를 도시한다. 평면 트랜스포머(Ⅰ)는 필름 형태의 비자기 유전체 세라믹 층(5)을 가진다. 예시적인 실시예에서, 본래 폐쇄된 전류 운반 도전체 트랙들 또는 턴들(511,512,513 및 514)은 이런 유전체 세라믹 층(5)의 상부면(51) 상에 배열되고, 특정 턴 면에서 트랜스포머 코어를 둘러싸고, 평면 트랜스포머(Ⅰ)의 일차 권선의 턴들을 나타낸다. 이런 일차 권선은 평면도에서 나선형 모양을 가진다. 접촉부들은 도시되지 않은 이런 권선의 단부들에 설치되고, 이런 접촉부들에 의해 전기 접속부는 전력 공급부에 대해 이루어질 수 있다.
턴들(521,522,523 및 524)을 포함하는 이차 권선은 유전체 세라믹 층(5)의 하부면(52) 상에 형성된다. 이런 이차 권선은 또한 추가 전기 접촉이 이루어질 단부들을 가진다. 일차 권선의 턴들(511 내지 514) 및 이차 권선의 턴들(521 내지 524)은 종래 방식으로 각각 유전체 세라믹 층(5)의 상부면(51) 및 하부면(52) 상에 프린트된다.
게다가, 평면 트랜스포머(Ⅰ)는 관통하여 통과하는 컷아웃(53)을 가진다.
도시된 예시적인 실시예에서, 제 1 자기 세라믹 층(6)은 상부면(51) 상에 배열되고 턴들(511 내지 514) 상에 직접 배열된다. 이차 자기 세라믹 층(7)은 이차 권선의 하부면(52)상 및 직접 턴들(521 내지 524) 상에 배열된다. 컷아웃(53) 영역에서, 이들 두 개의 독립된 자기 세라믹 층들(6 및 7)은 소성 변형되고, 서로 중앙에 접속된다. 실제로, 이것은 컷아웃(53) 영역에 자기 비아가 형성되게 하고, 이에 따라 두 개의 자기 세라믹 층들(6 및 7)은 평면 트랜스포머(Ⅰ)의 자기 코어를 형성한다. 이런 목적을 위하여, 자기 세라믹 층들(6 및 7)은 x 방향으로 컷아웃(53)으로부터 멀리 면하는 에지 영역들 상에서 서로 접촉된다. 에지 영역들에서 이런 접촉은 적어도 하나의 세라믹 층들(6 또는 7)의 소성 변형에 의해 형성된다. 세라믹 층들(6 및 7)의 소성 변형으로 발생하는 컷아웃(53)의 y 방향으로 만입부는 만약 요구되면 추후 닥터(doctor) 처리에 의해 평탄화될 수 있다. 이 경우, 예를들어, 추가 유전체 페이스트는 적당한 포인트들에 제공될 수 있고, 이런 닥터 처리에 의해 편평하게 형성된다.
도 5에 도시된 완성된 평면 트랜스포머(Ⅰ)는 유전체 세라믹 층(5)이 우선 제조되고 추가 처리를 위하여 제공되도록 설계된다. 적어도 하나의 컷아웃(53)은 이런 목적을 위하여 스탬프 아웃된다. 게다가, 턴들(511 내지 514)뿐 아니라 턴들(521 내지 524)을 형성하기 위한 전기 도전성 재료는 이런 유전체 세라믹 층(5)의 적당한 표면들 상에 프린트된다.
예시적인 실시예에서, 컷아웃은 유전체 세라믹 층(5)의 두께(y 방향)보다 상 당히 큰 크기들을 가지고 x 방향 및 z 방향(도면의 평면에 대해 직각)으로 스탬프 아웃된다.
페라이트로 구성된 폐쇄된 언버닝(unburnt) 녹색 필름들로서 제공된 두 개의 독립적으로 제공된 자기 세라믹 층들(6 및 7)은 이들 세라믹 층들(6 및 7)이 유기 결합 구성요소의 결과로 소성 변형에 의해 컷아웃(53)에서 서로 중심에 놓이도록 상부면(51) 및 하부면(52) 상에 추후 적층된다. 평면 트랜스포머(Ⅰ)의 자기 코어의 중앙 영역(9)은 이에 따라 컷아웃에 형성된다. 소결 처리는 그 다음 수행된다. 예시적인 실시예에서, 소성 변형은 적층 처리의 결과로서 발생한다. 층들(6 및 7) 대신, 다수의 자기 층들을 포함하는 스택은 구성요소의 요구조건들에 적당할 때 각각의 경우 형성될 수 있다.
LTCC 기술을 사용하여 제조된 모놀리식 집적 평면 트랜스포머(Ⅱ)의 추가 예시적인 실시예는 도 6에 도시된다. 이 경우 또한 도면은 완성된 평면 트랜스포머(Ⅱ)의 부분 상세도의 종방향 단면도를 도시한다.
단면도는 다수의 턴들을 가진 평면 트랜스포머(Ⅱ)의 설계를 도시한다.
평면 트랜스포머(Ⅱ)는 서로 적층되어 배열된 비자기 유전체 세라믹 층들(5a,5b,6c,5d 및 5e)을 가진다. 턴들은 유전체 세라믹 층들(5a,5b,5d 및 5e) 각각의 상부 면들에 제공된다. 예를들어, 턴들은 이 경우 유전체 세라믹 층(5b)의 상부면(51b) 상에 프린트된 511b,512b,513b 및 514b이다. 턴들(511a,512a,513a 및 514a)은 유전체 세라믹 층(5a)의 상부면(51a) 상에 프린트된다. 예시적인 실시예에서, 이들 턴들은 평면 트랜스포머(Ⅱ)의 일차 권선과 연관된다. 보다 상세하게 식별되지 않고 유전체 세라믹 층들(5d 및 5e)에 프린트되는 턴들은 평면 트랜스포머(Ⅱ)의 이차 권선과 연관된다. 턴들은 상부면, 예를들어 유전체 세라믹 층(5a)의 상부면상에 배열된 턴들 중 하나가 일차 권선과 x 방향으로 연관되고, 선택적으로 x 방향의 다음 턴이 이차 권선과 연관되도록 배열될 수 있다.
도 6의 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 유전체 세라믹 층(5c)은 유전체 세라믹 층(5b)상 최종 커버링 층으로서 배열된다. 평면 트랜스포머(Ⅱ)의 턴들은 이에 따라 유전체 세라믹 재료에 의해 완전히 둘러싸인다.
이 경우 또한, 자기 세라믹 층들(6 및 7)은 적층된 유전체 세라믹 층(5a 내지 5e)의 대향 면들상에 적층되고 이 영역에서 서로 연결되도록 컷아웃(53')의 영역에서 소성 변형된다. 결과적으로, 평면 트랜스포머(Ⅱ)의 자기 코어의 중앙 영역(9')은 이 경우 또한 형성된다.
이 환경에서 알 수 있는 바와 같이, 적층된 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5e)은 각각 다른 크기들을 가진 컷아웃들을 가진다. 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5e)은 이 경우 이들 세라믹 층들에 형성된 각각의 개별 컷아웃들이 관통하여 통과하는 공통 컷아웃(53')을 형성하도록 적층된다. 이 경우 알 수 있는 바와 같이, 도시된 단면도에서 유전체 세라믹 층(5c)은 전기 세라믹 층들(5b,5a 및 5d)에 개별적으로 형성된 컷아웃들보다 적어도 x 방향으로 보다 큰 컷아웃을 가진다.
알 수 있는 바와 같이, 유전체 세라믹 층들(5b 및 5d)에 형성된 컷아웃들은 유전체 세라믹 층(5a)에 형성된 컷아웃보다 크다. 예시적인 실시예에서, 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5e)은 상부 유전체 세라믹 층(5c)에서 중앙에 배열된 유전체 세라믹 층(5a)으로, 이것이 y 방향으로 탭퍼링 컷아웃(53')을 유발시키도록 적층된다. 이 경우, 계단형 프로파일은 예시적인 실시예에 제공된다. 중앙 유전체 세라믹 층(5a)에서 시작하여, 이런 컷아웃(53')은 하부 유전체 세라믹 층(5e)에서 멀리 y 방향으로 넓어진다. 계단형 프로파일은 또한 이 경우 형성된다. 예시적인 실시예에서, 평면 트랜스포머(Ⅱ)는 x 방향으로 유전체 세라믹 층(5a)을 통하여 유도되는 대칭 축에 관련하여 대칭이도록 설계된다.
완료된 상태로 도시된 평면 트랜스포머(Ⅱ)의 방법에 따른 구성은 바람직하게 도 5에 도시된 평면 트랜스포머(Ⅰ)의 제조와 유사하게 수행된다.
도 7은 아직 완성되지 않은 처리 단계를 도시하는 평면 트랜스포머(Ⅲ)를 통한 추가 종단면도를 도시한다. 이 경우 또한, 단지 일부 상세한 부분만이 도시되고, 구성요소의 중앙 영역에 필수 구조를 도시한다.
비자기 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5e)의 구성 및 장치는 도 6에 도시된 구성과 유사하다. 게다가, 도 7은 제 1 자기 세라믹 층(6), 또는 만약 적당하면 대응 층 스택에 층들(6a 및 6b)을 가진 부가적인 구조가 제공되는 것을 도시한다. 이들 층들(6a 및 6b)은 자기 재료로 형성되고, 예시적인 실시예에서 페리틱 두꺼운 필름 페이스트 형태의 스크린 프린팅에 의해 제공된다. 도시된 바와 같이, 이들 층들(6a 및 6b)은 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5e)과 면하는 자기 세라믹 층(6)의 표면상에 형성된다. 이들 층들(6a 및 6b)은 계단형 프로파일 형태이고 상기 층들이 유전체 세라믹 층들(5c 및 5b)의 계단형 구성에 상보적인 구조 형태이도록 설계된다.
층들(7a 및 7b)은 이와 유사하게 제 2 자기 세라믹 층(7) 상에 배열되거나, 만약 적당하면 계단형 프로파일로 형성되고 대응 층 스택은 유전체 세라믹 층들(5d 및 5e)에 의해 형성된 계단형 프로파일과 관련하여 상보적 구조 형태이다. 자기 세라믹 층들(6 및 7)은 도 7에 도시된 바와 같이, 층들(6a 및 6b)뿐 아니라 층들(7a 및 7b)이 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5b)에 의해 형성된 계단형 프로파일 영역에 필수적으로 배열되도록 추후 처리시 배치된다. 최종 소결 처리 전, 세라믹 층들(6 및 7)의 이들 구조들은 컷아웃(53")이 형성되도록 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5e)의 스택 형태상에 적층된다. 세라믹 층들(6 및 7)의 이런 상보적인 구조는 임의의 공기 갭 없이, 평면 트랜스포머(Ⅲ)의 자기 코어의 중앙 영역의 형성을 돕기 위하여 사용될 수 있다.
도 8은 모놀리식 집적 평면 트랜스포머(Ⅳ)의 추가 예시적인 실시예의 추가 길이방향 섹션 도면을 도시한다. 이 경우, 평면 트랜스포머(Ⅳ)는 완성된 상태로 도시된다. 도시된 바와 같이, 중간 층은 유전체 세라믹 층(5a) 및 유전체 세라믹 층(5f) 사이에 형성되고, 추가 자기 세라믹 층(10) 형태이다. 각각의 경우 적층되도록 설계되고 컷아웃(53"')의 영역에서 계단형으로 형성되는 유전체 세라믹 층들(5a,5b 및 5c뿐 아니라 5f,5g 및 5h)은 이런 자기 세라믹 층(10)과 관련하여 대칭으로 배열된다. 평면 트랜스포머(Ⅳ)의 자기 코어의 중앙 영역(9")은 형성된다. 일단 다시 페라이트 필름일 수 있는 중앙 자기 세라믹 층(10)의 이런 통합부는 페라이트 필름일 수 있고, 표유 인덕턴스를 계획적으로 형성하는 이차 권선(세라믹 층들 5a 및 5b에 배열된 턴들) 이전에서 갈라지는 일차 권선(세라믹 층들 5g 및 5h 상에 배열된 턴들의 예시적인 실시예에서)의 필드 라인들을 유발한다. 이와 같이 계획적으로 형성된 표유 인덕턴스의 장점은 임피던스들이 개별적으로 조절되게 하기 위하여 요구된다. 예를들어, 이 경우, 일차측은 구성요소 회로의 설계를 위한 추가 자유도를 나타내는 부가적인 표유 인덕턴스를 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 상기 계획적인 조절은 집적된 구성에 의해 이루어질 수 있다.
Claims (30)
- 다수의 층들로 형성된 인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법으로서,a) 다수의 적층된 필름형 비자기 유전체 세라믹 층(5; 5a 내지 5h) 내에 구성요소(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)의 권선으로서 전기 도전성 재료(511 내지 514; 521 내지 524)를 삽입 또는 프린팅하는 단계;a') 상기 전기 도전성 재료(511 내지 514; 521 내지 524)에 추가 비자기 유전체 층(5c, 5f)을 적용하는 단계;b) 상기 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h)에 관통하는 적어도 하나의 컷아웃(53,53',53",53"')을 형성하는 단계;c) 상기 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h)의 상부면 상에 제 1 필름형 자기 세라믹 층(6)을 적층하고 상기 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h)의 하부면 상에 제 2 필름형 자기 세라믹 층(7)을 적층하는 단계; 및d) 변형을 돕기 위한 두 개의 자기 세라믹 층들(6,7)에 대한 코팅 단계와 컷아웃(53,53',53",53"')의 영역에서 상기 두 개의 자기 세라믹 층들(6,7)의 접촉이 이루어지고 상기 두 개의 자기 세라믹 층들(6,7)이 구성요소(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)의 자기 코어를 형성하도록 자기 세라믹 층들(6,7) 중 적어도 하나가 소성 변형되는 처리 단계를 수행한 후, 소결 처리를 수행하는 단계를 포함하고, 각각의 상기 세라믹 층(5a 내지 5h) 내의 컷아웃들은 다른 크기들로 형성되고, 모든 비자기 유전체 세라믹 층(5a 내지 5h)을 관통하는 컷아웃(53',53",53"')이 적어도 적소들에서 탭퍼(taper)로 설계되도록 적층되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 탭퍼로서 계단형 프로파일이 형성되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,자기 재료(6a,6b; 7a,7b)는 적어도 하나의 자기 세라믹 층(6,7)에 적용되고, 단계 c)에 따른 자기 세라믹 층(6,7)은 자기 재료(6a,6b; 7a,7b)가 상기 컷아웃(53,53',53",53"')의 영역에 배치되도록 상기 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h) 상에 배열되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 자기 재료(6a,6b; 7a,7b)는 탭퍼된 컷아웃(53,53',53",53"')의 상보 구성에 필수적으로 대응하는 구조로 적용되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 자기 재료(6a,6b; 7a,7b)는 프린트되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 2 항에 있어서,적어도 두 개의 비자기 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5h)이 형성되고, 상기 비자기 유전체 세라믹 층들 사이에 자기 층이 형성되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 전기 도전성 재료(511 내지 514; 521 내지 524)는 상기 비자기 유전체 세라믹 층(5)의 상부면(51) 및 하부면(52) 상에 형성되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 전기 도전성 재료(511 내지 514; 521 내지 524)는 상기 구성요소(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)의 일차 권선 및 이차 권선을 형성하기 위하여 배열되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 비자기 유전체 세라믹 층들(5,5a 내지 5h)은 20㎛ 내지 200㎛의 두께로 형성되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 비자기 유전체 세라믹 층들(5,5a 내지 5h)은 50㎛ 내지 100㎛의 두께로 형성되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,모놀리식 집적 평면 트랜스포머(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)가 형성되는,인덕티브 구성요소를 제조하기 위한 방법.
- 다수의 층들을 가진 인덕티브 구성요소로서,구성요소(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)의 적어도 하나의 전기 도전성 권선은 다수의 적층된 필름형 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h) 상에 배열되고, 상기 적층된 필름형 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h)에 각각 관통하는 적어도 하나의 컷아웃(53,53',53",53"')이 형성되며,각각의 상기 세라믹 층(5a 내지 5h) 내의 컷아웃들은 다른 크기들로 형성되고, 모든 비자기 유전체 세라믹 층(5a 내지 5h)을 관통하는 컷아웃(53',53",53"')이 적어도 적소들에서 탭퍼로 설계되도록 적층되고,상기 비자기 유전체 세라믹층(5,5a 내지 5h)의 상부면(51)과 하부면(52) 상에 권선들이 형성되며, 제 1 자기 세라믹 층(6)은 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h)의 상부면 상에 배열되고, 제 2 자기 세라믹 층(7)은 비자기 유전체 세라믹 층(5,5a 내지 5h)의 하부면 상에 형성되며, 적어도 하나의 자기 세라믹 층(6,7)은 다른 자기 세라믹 층(6,7)에 접속되고 상기 구성요소(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)의 자기 코어가 형성되도록 상기 컷아웃(53,53',53",53"')의 영역에서 소성 변형되는,인덕티브 구성요소.
- 제 12 항에 있어서,상기 탭퍼는 계단형 프로파일인,인덕티브 구성요소.
- 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,적어도 두 개의 비자기 유전체 세라믹 층들(5a 내지 5h)이 형성되고, 상기 비자기 유전체 세라믹 층들 사이에서 자기 층이 형성되는,인덕티브 구성요소.
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