KR101681201B1 - 파워 인덕터 - Google Patents

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KR101681201B1
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김경태
조승훈
정준호
남기정
이정규
박종필
김영탁
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주식회사 모다이노칩
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Abstract

본 발명은 바디와, 바디 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 기재와, 적어도 둘 이상의 기재의 적어도 일면 상에 각각 마련된 복수의 코일 패턴과, 바디의 외측에 마련되며 복수의 코일 패턴을 연결하는 연결 전극을 포함하는 파워 인덕터가 제시된다.

Description

파워 인덕터{Power inductor}
본 발명은 파워 인덕터에 관한 것으로, 특히 용량을 증가시킬 수 있는 파워 인덕터에 관한 것이다.
파워 인덕터는 주로 휴대기기 내의 DC-DC 컨버터 등의 전원 회로에 마련된다. 이러한 파워 인덕터는 전원 회로의 고주파화 및 소형화에 따라 기존의 권선형 초크 코일 패턴(Choke Coil)을 대신하여 이용이 증대되고 있다. 또한, 파워 인덕터는 휴대기기의 사이즈 축소와 다기능화에 따라 소형화, 고전류화, 저저항화 등의 방향으로 개발이 진행되고 있다.
파워 인덕터는 다수의 자성체(ferrite) 또는 저유전율의 유전체로 이루어진 세라믹 시트들이 적층된 적층체의 형태로 제조될 수 있다. 이때, 세라믹 시트 상에는 금속 패턴이 코일 패턴 형태로 형성되어 있는데, 각각의 세라믹 시트 상에 형성된 코일 패턴은 각각의 세라믹 시트에 형성된 도전성 비아에 의해 접속되고, 시트가 적층되는 상하 방향을 따라 중첩되는 구조를 이룰 수 있다. 이러한 파워 인덕터를 구성하는 바디는 종래에는 대체로 니켈(Ni)-아연(Zn)-구리(Cu)-철(Fe)의 4 원계로 구성된 자성체 재료를 이용하여 제작하였다.
그런데, 자성체 재료는 포화 자화 값이 금속 재료에 비해 낮아서 최근의 휴대기기가 요구하는 고전류 특성을 구현하지 못할 수 있다. 따라서, 파워 인덕터를 구성하는 바디를 금속 분말을 이용하여 제작함으로써 바디를 자성체로 제작한 경우에 비해 상대적으로 포화 자화 값을 높일 수 있다. 그러나, 금속을 이용하여 바디를 제작할 경우 고주파에서의 와전류 손실 및 히스테리 손실이 높아져 재료의 손실이 심해지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 재료의 손실을 감소시키기 위해 금속 분말 사이를 폴리머로 절연하는 구조를 적용하고 있다.
그러나, 금속 분말 및 폴리머를 이용하여 바디를 제조한 파워 인덕터는 온도 상승에 따라 인덕턴스가 낮아지는 문제가 있다. 즉, 파워 인덕터가 적용된 휴대기기의 발열에 의해 파워 인덕터의 온도가 상승하고, 그에 따라 파워 인덕터의 바디를 이루는 금속 분말이 가열되면서 인덕턴스가 낮아지는 문제가 발생된다.
또한, 이러한 파워 인덕터는 바디 내부에 하나의 기판이 마련되고 기판의 양면에 코일 패턴이 형성되므로 용량을 증가시키는데 한계가 있다.
한국공개특허공보 제2007-0032259호
본 발명은 온도에 대한 안정성을 향상시키고 그에 따라 인덕턴스의 저하를 방지할 수 있는 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명은 용량을 증가시킬 수 있는 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명은 투자율을 향상시킬 수 있는 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 파워 인덕터는 바디; 상기 바디 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 기재; 상기 적어도 둘 이상의 기재 상에 각각 형성된 적어도 둘 이상의 코일; 및 상기 바디의 외측에 마련되며 상기 적어도 둘 이상의 코일을 연결하는 연결 전극을 포함한다.
상기 바디는 금속 분말, 폴리머 및 열 전도성 필러를 포함한다.
상기 금속 분말은 철을 포함하는 금속 합금 분말을 포함한다.
상기 열 전도성 필러는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
상기 열 전도성 필러는 상기 금속 분말 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함된다.
상기 열 전도성 필러는 0.5㎛ 내지 100㎛의 크기를 갖는다.
상기 기재는 철을 포함하는 금속판의 양면 상에 구리 포일이 접합된다.
상기 코일 상에 형성된 절연층과, 상기 연결 전극과 이격되어 상기 바디의 외측에 형성되어 상기 코일과 연결된 외부 전극을 더 포함한다.
상기 바디의 적어도 일 영역에 마련된 자성층을 더 포함한다.
상기 자성층은 상기 바디의 투자율보다 높은 투자율을 갖는다.
상기 자성층은 열 전도성 필러를 포함하여 형성된다.
본 발명에 따른 파워 인덕터는 적어도 일 면에 코일 형상의 코일 패턴이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 기재가 바디 내에 마련됨으로써 하나의 바디 내에 복수의 코일을 형성할 수 있고, 그에 따라 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 금속 분말, 폴리머 및 열 전도성 필러를 포함하여 바디를 제작할 수 있고, 그에 따라 금속 분말의 가열에 의한 바디의 열을 외부로 방출하여 바디의 온도 상승을 방지할 수 있어 인덕턴스 저하 등의 문제를 방지할 수 있다. 그리고, 적어도 둘 이상의 기재를 금속 자성체로 형성함으로써 파워 인덕터의 투자율 감소를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도.
도 2 및 도 3은 도 1의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 파워 인덕터의 단면도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 기재(210, 220; 200)와, 적어도 둘 이상의 기재(200) 각각의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320, 330, 340; 300)과, 바디(100) 외부에 마련된 외부 전극(410, 420)과, 바디(100)의 외부에 외부 전극(410, 420)과 이격되어 마련되며 바디(100) 내부의 적어도 둘 이상의 기판(200) 각각에 형성된 적어도 하나의 코일 패턴(300)과 연결된 연결 전극(500)을 포함할 수 있다.
바디(100)는 예를 들어 육면체 형상일 수 있다. 그러나, 바디(100)는 육면체 이외의 다면체의 형상을 가질 수 있다. 이러한 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120)을 포함할 수 있고, 열 전도성 필러(130)를 더 포함할 수 있다. 즉, 바디(100)는 금속 분말(110) 및 폴리머(120)를 포함하여 이루어질 수 있고, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. 금속 분말(110)은 평균 입경이 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 또한, 금속 분말(110)은 동일 크기의 단일 입자 또는 2종 이상의 입자를 이용할 수도 있고, 복수의 크기를 갖는 단일 입자 또는 2종 이상의 입자를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 30㎛의 평균 크기를 갖는 제 1 금속 입자와 3㎛의 평균 크기를 갖는 제 2 금속 입자를 혼합하여 이용할 수 있다. 크기가 서로 다른 2종 이상의 금속 분말(110)을 이용할 경우 바디(100)의 충진율을 높일 수 있어 용량을 최대한으로 구현할 수 있다. 예를 들어, 30㎛의 금속 분말을 이용할 경우 30㎛의 금속 분말 사이에는 공극이 발생할 수 있고, 그에 따라 충진율이 낮아질 수 밖에 없다. 그러나, 30㎛의 금속 분말 사이에 이보다 크기가 작은 3㎛의 금속 분말을 혼합하여 이용함으로써 충진율을 높일 수 있다. 이러한 금속 분말(110)은 철(Fe)를 포함하는 금속을 이용할 수 있는데, 예를 들어 철-니켈(Fe-Ni), 철-니켈-규소(Fe-Ni-Si), 철-알루미늄-규소(Fe-Al-Si) 및 철-알루미늄-크롬(Fe-Al-Cr)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 즉, 금속 분말(110)은 철을 포함하여 자성 조직을 갖거나 자성을 띄는 금속 합금으로 형성되어 소정의 투자율을 가질 수 있다. 또한, 금속 분말(110)은 표면이 자성체로 코팅될 수 있는데, 금속 분말(110)과 투자율이 다른 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 자성체는 금속 산화물 자성체로 형성될 수 있는데, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 이용할 수 있다. 즉, 금속 분말(110)의 표면에 코팅되는 자성체는 철을 포함하는 금속 산화물로 형성될 수 있으며, 금속 분말(110)보다 높은 투자율을 갖는 것이 바람직하다. 폴리머(120)는 금속 분말(110) 사이를 절연시키기 위해 금속 분말(110)과 혼합될 수 있다. 즉, 금속 분말(110)은 고주파에서의 와전류 손실 및 히스테리 손실이 높아져서 재료의 손실이 심해지는 문제점이 발생할 수 있는데, 이러한 재료의 손실을 감소시키기 위해 금속 분말(110) 사이를 절연하기 위해 폴리머(120)를 포함시킬 수 있다. 이러한 폴리머(120)는 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystalline Polymer, LCP)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 폴리머를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 폴리머(120)는 금속 분말(110) 사이에 절연성을 제공하는 것으로 열경화성 수지로 이루어질 수 있다. 열경화성 수지로는 예를 들어 노볼락 에폭시 수지(Novolac Epoxy Resin), 페녹시형 에폭시 수지(Phenoxy Type Epoxy Resin), 비피에이형 에폭시 수지(BPA Type Epoxy Resin), 비피에프형 에폭시 수지(BPF Type Epoxy Resin), 하이드로네이트 비피에이 에폭시 수지(Hydrogenated BPA Epoxy Resin), 다이머산 개질 에폭시 수지(Dimer Acid Modified Epoxy Resin), 우레탄 개질 에폭시 수지(Urethane Modified Epoxy Resin), 고무 개질 에폭시 수지(Rubber Modified Epoxy Resin) 및 디씨피디형 에폭시 수지(DCPD Type Epoxy Resin)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 폴리머(120)는 금속 분말 100wt%에 대하여 2.0wt% 내지 5.0wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 그런데, 폴리머(120)의 함량이 증가할 경우 금속 분말(110)의 부피 분율이 저하되어 포화자화 값을 높이는 효과가 제대로 구현되지 않는 문제점과 바디(100)의 자성 특성, 즉 투자율을 저하시킬 수 있고, 폴리머(120)의 함량이 감소하는 경우 인덕터의 제조 과정에서 사용되는 강산 또는 강염기 용액 등이 내부로 침투하여 인덕턴스 특성을 감소시키는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 폴리머(120)는 금속 분말(110)의 포화자화 값 및 인덕턴스를 저하시키지 않도록 하는 범위에서 포함될 수 있다. 또한, 열 전도성 필러(130)는 외부의 열에 의해 바디(100)가 가열되는 문제를 해결하기 위해 포함된다. 즉, 외부의 열에 의해 바디(100)의 금속 분말(110)이 가열될 수 있는데, 열 전도성 필러(130)가 포함됨으로써 금속 분말(110)의 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 이러한 열 전도성 필러(130)는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 카본 계열의 물질은 탄소를 포함하며 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 흑연, 카본 블랙, 그래핀, 그라파이트 등이 포함될 수 있다. 또한, 열 전도성 필러(130)는 금속 분말(110) 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 열 전도성 필러(130)의 함량이 상기 범위 미만일 경우 열 방출 효과를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과할 경우 금속 분말(110)의 투자율을 저하시키게 된다. 그리고, 열 전도성 필러(130)는 예를 들어 0.5㎛ 내지 100㎛의 크기를 가질 수 있다. 즉, 열 전도성 필러(130)는 금속 분말(110)보다 크거나 작은 크기를 가질 수 있다. 한편, 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 복수 개의 시트를 적층하여 제작될 수 있다. 여기서, 복수의 시트를 적층하여 바디(100)를 제작할 경우 각 시트의 열 전도성 필러(130)의 함량은 다를 수 있다. 예를 들어, 기재(200)를 중심으로 상측 및 하측으로 멀어질수록 시트 내의 열 전도성 필러(130)의 함량은 증가할 수 있다. 또한, 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하여 형성하거나, 이러한 페이스트를 틀에 넣어서 압착하는 방법 등 필요에 따라 다양한 방법이 적용되어 형성될 수 있다. 이때, 바디(100)를 형성하기 위해 적층되는 시트의 개수 또는 일정 두께로 인쇄되는 페이스트의 두께는 파워 인덕터에서 요구되는 인덕턴스 등의 전기적 특성을 고려하여 적정한 수나 두께로 결정될 수 있다.
적어도 둘 이상의 기재(210, 220; 200)는 바디(100)의 내부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 적어도 둘 이상의 기재(200)는 바디(100) 내부에 바디(100)의 장축 방향을 따라 마련되고 바디(100)의 두께 방향으로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 이러한 기재(200)는 예를 들어 구리 클래드 라미네이션(Copper Clad Lamination; CCL) 또는 금속 자성체 등으로 제작될 수 있다. 이때, 기재(200)는 금속 자성체로 제작됨으로써 실효 투자율을 증가시키고 용량 구현을 용이하게 할 수 있다. 즉, CCL은 유리강화섬유에 구리 포일(foil)을 접합하여 제작되는데, CCL은 투자율을 갖기 않기 때문에 파워 인덕터의 투자율을 저하시키게 된다. 그러나, 금속 자성체를 기재(200)로 이용하게 되면 금속 자성체가 투자율을 가지기 때문에 파워 인덕터의 투자율을 저하시키지 않게 된다. 이러한 금속 자성체를 이용한 기재(200)은 철을 함유하는 금속, 예를 들어 철-니켈(Fe-Ni), 철-니켈-규소(Fe-Ni-Si), 철-알루미늄-규소(Fe-Al-Si) 및 철-알루미늄-크롬(Fe-Al-Cr)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 이루어진 소정 두께의 판에 구리 포일을 접합시켜 제작될 수 있다. 즉, 철을 포함하여 적어도 하나의 금속으로 이루어진 합금을 소정 두께의 판 형상으로 제작하고, 금속판의 적어도 일면에 구리 포일을 접합함으로써 기재(200)가 제작될 수 있다. 또한, 기재(200)의 소정 영역에는 적어도 하나의 도전성 비아(미도시)가 형성될 수 있고, 도전성 비아에 의해 기재(200)의 상측 및 하측에 각각 형성되는 코일 패턴(310, 320)이 전기적으로 연결될 수 있다. 도전성 비아는 기재(200)에 두께 방향을 따라 관통하는 비아(미도시)를 형성한 후, 비아에 도전성 페이스트를 충전하는 등의 방법으로 형성할 수 있다.
코일 패턴(310, 320, 330, 340; 300)은 적어도 둘 이상의 기재(200) 각각의 적어도 일면, 바람직하게는 양면에 형성될 수 있다. 여기서, 코일 패턴(310, 320)은 제 1 기판(210)의 하부 및 상부에 각각 형성되어 제 1 기재(210)에 형성된 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 코일 패턴(330, 340)은 제 2 기판(220)의 하부 및 상부에 각각 형성되어 제 2 기재(220)에 형성된 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 복수의 코일 패턴(300)은 기재(200)의 소정 영역, 예를 들어 중앙부로부터 외측 방향으로 스파이럴 형태로 형성될 수 있고, 기재(200) 상에 형성된 두 코일 패턴이 연결되어 하나의 코일을 이룰 수 있다. 즉, 하나의 바디(100) 내에 두개 이상의 코일이 형성될 수 있다. 여기서, 기재(200) 상측의 코일 패턴(310, 330)과 하측의 코일 패턴(320, 340)은 서로 동일 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 코일 패턴(300)이 서로 중첩되게 형성될 수도 있고, 상측의 코일 패턴(310, 330)이 형성되지 않은 영역에 중첩되도록 하측의 코일 패턴(320, 340)이 형성될 수도 있다. 이러한 복수의 코일 패턴(300)은 예를 들면 후막 인쇄, 도포, 증착, 도금 및 스퍼터링 등의 방법을 통하여 형성할 수 있다. 또한, 복수의 코일 패턴(300) 및 도전성 비아는 은(Ag), 구리(Cu) 및 구리 합금 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 복수의 코일 패턴(300)을 도금 공정으로 형성하는 경우 예를 들어 기재(200) 각각의 상부에 도금 공정으로 금속층, 예를 들어 구리층을 형성하고, 리소그라피 공정으로 패터닝할 수 있다. 즉, 기재(200)의 표면에 형성된 구리 포일을 시드층으로 구리층을 도금 공정으로 형성하고 이를 패터닝함으로써 코일 패턴(300)을 각각 형성할 수 있다. 물론, 기재(200) 상에 소정 형상의 감광막 패턴을 형성한 후 도금 공정을 실시하여 노출된 기재(200) 표면으로부터 금속층을 성장시킨 후 감광막을 제거함으로써 소정 형상의 코일 패턴(310, 320)을 형성할 수도 있다. 한편, 기재(200) 상에 형성되는 코일 패턴(300)은 다층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 기재(210)의 상측에 형성된 코일 패턴(310)의 상측으로 복수의 코일 패턴이 더 형성될 수 있고, 제 2 기재(210)의 하측에 형성된 코일 패턴(320)의 하측으로 복수의 코일 패턴이 더 형성될 수도 있다. 복수의 코일 패턴(300)이 각각 다층으로 형성될 경우 하층과 상층 사이에 절연층이 형성되고, 절연층에 도전성 비아(미도시)가 형성되어 다층 코일 패턴이 연결될 수 있다.
외부 전극(410, 420; 400)은 바디(100)의 양단부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(400)은 바디(100)의 장축 방향으로 서로 대향되는 두 측면에 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(400)은 바디(100)의 코일 패턴(300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 코일 패턴(300)의 적어도 일 단부가 바디(100)의 외측으로 노출되고 외부 전극(400)이 복수의 코일 패턴(300)의 단부와 연결되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 코일 패턴(310)은 코일 패턴(310, 330)과 연결되도록 형성될 수 있고, 코일 패턴(320)는 코일 패턴(320, 340)과 연결되도록 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(400)은 도전성 페이스트에 바디(100)를 침지하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 바디(100)의 양단에 형성될 수 있다. 외부 전극(400)은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 외부 전극(400)은 표면에 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
연결 전극(500)은 외부 전극(400)이 형성되지 않은 바디(100)의 적어도 일 측면 상에 형성될 수 있다. 이러한 연결 전극(500)은 제 1 기재(210) 상에 형성된 코일 패턴(310, 320)의 적어도 어느 하나와 제 2 기재(220) 상에 형성된 코일 패턴(330, 340)의 적어도 어느 하나를 연결하기 위해 마련된다. 따라서, 바디(100) 외부의 연결 전극(500)에 의해 제 1 기재(210) 상에 형성된 코일 패턴(310, 320)과 제 2 기재(220) 상에 형성된 코일 패턴(330, 340)이 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 이러한 연결 전극(500)은 도전성 페이스트에 바디(100)를 침지하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 바디(100)의 일 측면에 형성될 수 있다. 연결 전극(500)은 전기 전도성을 부여할 수 있는 금속으로, 예컨대 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 이때, 연결 전극(500)의 표면에 필요시 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
한편, 복수의 코일 패턴(300)과 바디(100) 사이에는 복수의 코일 패턴(300)과 금속 분말(110)을 절연시키기 위해 절연층(600)이 더 형성될 수 있다. 즉, 절연층(600)이 복수의 코일 패턴(300)을 각각 덮도록 기재(200)의 상부 및 하부에 형성될 수 있다. 이러한 절연층(600)은 에폭시, 폴리이미드 및 액정 결정성 폴리머로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 즉, 절연층(600)은 바디(100)를 이루는 폴리머(120)와 동일 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 절연층(600)은 절연 시트를 이용하여 복수의 코일 패턴(300) 상에 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터는 적어도 일 면에 코일 패턴(300)이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 기재(200)가 바디(100) 내에 마련됨으로써 하나의 바디(100) 내에 복수의 코일을 형성할 수 있고, 그에 따라 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하여 바디(100)를 제작할 수 있다. 따라서, 금속 분말(110)의 가열에 의한 바디(100)의 열을 외부로 방출할 수 있어 바디(100)의 온도 상승을 방지할 수 있고, 그에 따라 인덕턴스 저하 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 바디(100) 내부의 기재(200)을 금속 자성체로 형성함으로써 파워 인덕터의 투자율 감소를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파워 인덕터의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 기재(210, 220; 200)와, 적어도 둘 이상의 기재(200) 각각의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320, 330, 340; 300)과, 바디(100) 외부에 마련된 외부 전극(410, 420)과, 바디(100)의 외부에 외부 전극(410, 420)과 이격되어 마련되며 바디(100) 내부의 적어도 둘 이상의 기판(200) 각각에 형성된 적어도 하나의 코일(300)과 연결된 연결 전극(500)과, 바디(100)의 상부 및 하부에 각각 마련된 적어도 하나의 자성층(710, 720)을 더 포함할 수 있다. 또한, 코일 패턴(300) 상에 각각 형성된 절연층(500)을 더 포함할 수 있다.
자성층(710, 720; 700)은 바디(100)의 적어도 일 영역에 마련될 수 있다. 즉, 제 1 자성층(710)이 바디(100)의 상부 표면에 형성되고 제 2 자성층(720)이 바디(100)의 하부 표면에 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 바디(100)의 투자율을 증가시키기 위해 마련되며, 바디(100)보다 높은 투자율을 갖는 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 바디(100)의 투자율이 20이고 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 40 내지 1000의 투자율을 갖도록 마련될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 예를 들어 자성체 분말과 에폭시를 이용하여 제작할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 바디(100)보다 높은 투자율을 갖도록 바디(100)의 자성체보다 높은 자성을 갖는 물질로 형성되거나 자성체의 함유율이 더 높도록 형성될 수 있다. 여기서, 폴리머는 금속 분말 100wt%에 대하여 15wt%로 첨가될 수 있다. 또한, 자성체 분말은 니켈 자성체(Ni Ferrite), 아연 자성체(Zn Ferrite), 구리 자성체(Cu Ferrite), 망간 자성체(Mn Ferrite), 코발트 자성체(Co Ferrite), 바륨 자성체(Ba Ferrite) 및 니켈-아연-구리 자성체(Ni-Zn-Cu Ferrite)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상 또는 이들의 하나 이상의 산화물 자성체를 이용할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 합금 분말 또는 철을 함유하는 금속 합금 산화물을 이용하여 자성층(700)을 형성할 수 있다. 또한, 금속 합금 분말에 자성체를 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 예를 들어 철을 포함하는 금속 합금 분말에 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 산화물을 금속 합금 분말에 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 물론, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 예를 들어 철을 포함하는 금속 합금 분말과 혼합하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 산화물을 금속 합금 분말과 혼합하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 한편, 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 금속 분말 및 폴리머에 열 전도성 필러를 더 포함하여 제작할 수도 있다. 열 전도성 필러는 금속 분말 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%로 함유될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 시트 형태로 제작되어 복수의 시트가 적층된 바디(100)의 상부 및 하부에 각각 마련될 수 있다. 또한, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하거나 페이스트를 틀에 넣어 압착하는 바디(100)를 형성한 후 바디(100)의 상부 및 하부에 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)을 각각 형성할 수 있다. 물론, 자성층(710, 720)은 페이스트를 이용하여 형성할 수도 있는데, 바디(100)의 상부 및 하부에 자성 물질을 도포하여 자성층(710, 720)을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파워 인덕터는 도 5에 도시된 바와 같이 바디(100)와 적어도 둘 이상의 기재(200) 사이의 상부 및 하부에 제 3 및 제 4 자성층(730, 740)이 더 마련될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 이들 사이에 제 5 및 제 6 자성층(750, 760)이 더 마련할 수 있다. 즉, 바디(100) 내에 적어도 하나의 자성층(700)이 마련될 수 있다. 이러한 자성층(700)은 시트 형태로 제작되어 복수의 시트가 적층된 바디(100)의 사이에 마련될 수 있다. 즉, 바디(100)를 제작하기 위한 복수의 시트 사이에 적어도 하나의 자성층(700)을 마련할 수 있다. 또한, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하여 바디(100)를 형성하는 경우 인쇄 도중에 자성층을 형성할 수 있고, 페이스트를 틀에 넣어서 압착하는 경우에도 자성층을 그 사이에 넣고 압착할 수 있다. 물론, 자성층(700)은 페이스트를 이용하여 형성할 수도 있는데, 바디(100)를 인쇄할 때 연자성 물질을 도포하여 바디(100) 내에 자성층(700)을 형성할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 적어도 둘 이상의 기재(210, 220)를 마련하고, 적어도 둘 이상의 기재(210, 220) 각각의 적어도 일면, 바람직하게는 일면 및 타면 상에 소정 형상의 코일 패턴(310, 320, 330, 340)을 각각 형성한다. 기재(210, 220)는 CCL 또는 금속 자성체 등으로 제작될 수 있는데, 실효 투자율을 증가시키고 용량 구현을 용이하게 할 수 있는 금속 자성체를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기재(210, 220)는 철을 함유하는 금속 합금으로 이루어진 소정 두께의 금속판의 일면 및 타면에 구리 포일을 접합함으로써 제작될 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320, 330, 340)은 기재(210, 220)의 소정 영역, 예를 들어 중앙부로부터 원형의 스파이럴 형태로 형성된 코일 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 기재(210, 220)의 일면 상에 코일 패턴(310, 330)을 형성한 후 기재(210, 220)의 소정 영역을 관통하고 도전 물질이 매립된 도전성 비아를 형성하고, 기재(210, 220)의 타면 상에 코일 패턴(320, 340)을 형성할 수 있다. 도전성 비아는 레이저 등을 이용하여 기재(210, 220)의 두께 방향으로 비아홀을 형성한 후 비아홀에 도전성 페이스트를 충전하여 형성할 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320, 330, 340)은 예를 들어 도금 공정으로 형성할 수 있다. 이를 위해 예를 들어 제 1 기재(210)의 일면 상에 소정 형상의 감광막 패턴을 형성하고 제 1 기재(210) 상의 구리 포일을 시드로 이용한 도금 공정을 실시하여 노출된 제 1 기재(210)의 표면으로부터 금속층을 성장시킨 후 감광막을 제거함으로써 형성할 수 있다. 코일 패턴(320)은 제 1 기재(210)의 타면 상에 코일 패턴(310)과 동일 방법으로 형성할 수 있다. 물론, 코일 패턴(330, 340)은 제 2 기재(220)의 일면 및 타면 상에 코일 패턴(310, 320)과 동일 방법으로 형성할 수 있다. 한편, 코일 패턴(310, 320, 330, 340)은 다층으로 형성될 수도 있다. 코일 패턴(310, 320, 330, 340)이 다층으로 형성될 경우 하층과 상층 사이에 절연층이 형성되고, 절연층에 도전성 비아(미도시)가 형성되어 다층 코일 패턴이 연결될 수 있다. 이렇게 기재(210, 220)의 일면 및 타면 상에 코일 패턴(310, 320, 330, 340)을 각각 형성한 후 코일 패턴(310, 320, 330, 340)을 덮도록 절연층(600)을 형성한다. 절연층(600)은 에폭시, 폴리이미드 및 액정 결정성 폴리머로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 시트를 코일 패턴(310, 320, 330, 340) 상에 밀착함으로써 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 금속 분말(110), 폴리머(120)를 포함하는 재료로 이루어진 복수의 시트(100a 내지 100h)를 마련한다. 여기서, 복수의 시드(100a 내지 100i)는 열 전도성 필러(130)를 더 포함하는 재료로 이루어질 수 있다. 금속 분말(110)은 철(Fe)를 포함하는 금속 물질을 이용할 수 있고, 폴리머(120)는 금속 분말(110) 사이를 절연할 수 있는 에폭시, 폴리이미드 등을 이용할 수 있으며, 열 전도성 필러(130)는 금속 분말(110)의 열을 외부로 방출시킬 수 있는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질 등을 이용할 수 있다. 또한, 금속 분말(110)의 표면이 자성체, 예를 들어 금속 산화물 자성체로 코팅될 수 있다. 여기서, 폴리머(120)는 금속 분말 100wt%에 대하여 2.0wt% 내지 5.0wt%의 함량으로 포함될 수 있고, 열 전도성 필러(130)는 금속 분말(110) 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 이러한 복수의 시트(100a 내지 100i)를 코일 패턴(310, 320, 330, 340)이 형성된 적어도 둘 이상의 기재(210, 220)의 상부 및 하부, 그리고 사이에 각각 배치한다. 예를 들어, 적어도 둘 이상의 기재(210, 220) 사이에 적어도 하나의 시트(100a)가 마련되고, 기재(210)의 상측에 복수의 시트(100b 내지 100e)가 마련되며, 기재(220)의 하측에 복수의 시트(100f 내지 100i)가 마련될 수 있다. 한편, 복수의 시트(100a 내지 100i)는 열 전도성 필러(130)의 함량이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 기재(200)의 일면 및 타면으로부터 상측 및 하측으로 갈수록 열 전도성 필러(130)의 함량이 높아질 수 있다. 즉, 기재(210, 220)에 접하는 시트(100b, 100e)의 상측 및 하측에 위치하는 시트(100c, 100f)의 열 전도성 필러(130)의 함량이 시트(100b, 100e)의 열 전도성 필러(130)의 함량보다 높고, 시트(100c, 100f)의 상측 및 하측에 위치하는 시트(100d, 100h)의 열 전도성 필러(130)의 함량이 시트(100c, 100f)의 열 전도성 필러(130)의 함량보다 더 높을 수 있다. 이렇게 기재(210, 220)으로부터 멀어질수록 열 전도성 필러(130)의 함량이 높아짐으로써 열 전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 적어도 둘 이상의 기재(210, 220)을 사이에 두고 복수의 시트(100a 내지 100i)를 적층한 후 가압 및 성형하여 바디(100)를 형성한다. 그리고, 바디(100) 양단부에 코일 패턴(310, 320, 330, 340)의 인출된 부분과 전기적으로 접속되도록 외부 전극(400)을 형성할 수 있다. 또한, 외부 전극(400)이 형성되지 않은 바디(100)의 적어도 일 면에 코일 패턴(310, 320, 330, 340)의 인출된 부분과 전기적으로 접속되도록 연결 전극(500)을 형성할 수 있다. 외부 전극(400)은 도전성 페이스트에 바디(100)를 침지하거나, 바디(10)의 양단부에 도전성 페이스트를 인쇄하거나, 증착 및 스퍼터링 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서, 도전성 페이스트는 외부 전극(400)에 전기 전도성을 부여할 수 있는 금속 물질을 이용할 수 있다. 또한, 외부 전극(400)의 표면에는 필요시 니켈 도금층 및 주석 도금층을 더 형성할 수 있다. 한편, 연결 전극(500)은 외부 전극(400)과 동일 방법으로 형성될 수 있고, 외부 전극(400)과 동시에 형성되거나 외부 전극(400) 형성 전 또는 후에 형성될 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
100 : 바디 200 : 기재
300 : 코일 패턴 400 : 외부 전극
500 : 연결 전극 600 : 절연층

Claims (11)

  1. 바디;
    상기 바디 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 기재;
    상기 적어도 둘 이상의 기재 상에 각각 형성된 적어도 둘 이상의 코일; 및
    상기 바디의 외측에 마련되며 상기 적어도 둘 이상의 코일을 연결하는 연결 전극을 포함하고,
    상기 바디는 금속 분말 및 폴리머와, 상기 금속 분말의 열을 외부로 방출하기 위한 열 전도성 필러를 포함하며,
    상기 금속 분말은 평균 입경이 1㎛ 내지 50㎛이고, 복수의 크기를 갖는 단일 입자 또는 2종 이상의 입자를 포함하고,
    상기 열 전도성 필러는 상기 기재를 중심으로 상측 및 하측으로 멀어질수록 함량이 증가하며,
    상기 연결 전극은 서로 다른 상기 기재 상에 형성된 상기 적어도 둘 이상의 코일을 연결하고,
    상기 코일은 상기 적어도 둘 이상의 기재 상에 각각 스파이럴 형태로 형성된 파워 인덕터.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 분말은 철을 포함하는 금속 합금 분말을 포함하는 파워 인덕터.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 열 전도성 필러는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 파워 인덕터.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 열 전도성 필러는 상기 금속 분말 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함되는 파워 인덕터.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 열 전도성 필러는 0.5㎛ 내지 100㎛의 크기를 갖는 파워 인덕터.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 기재는 철을 포함하는 금속판의 양면 상에 구리 포일이 접합된 파워 인덕터.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 코일 상에 형성된 절연층과, 상기 연결 전극과 이격되어 상기 바디의 외측에 형성되어 상기 코일과 연결된 외부 전극을 더 포함하는 파워 인덕터.
  9. 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바디의 적어도 일 영역에 마련된 자성층을 포함하는 파워 인덕터.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 자성층은 상기 바디의 투자율보다 높은 투자율을 갖는 파워 인덕터.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 자성층은 열 전도성 필러를 포함하여 형성된 파워 인덕터.
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