KR101681405B1 - 파워 인덕터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절연 기판, 상기 절연 기판의 양면에 형성되는 제 1 코일층 및 제 2 코일층, 상기 절연 기판과 상기 제 1 코일층 및 상기 제 2 코일층을 내부에 포함하는 코일부와 상부 커버부와 하부 커버부를 포함하는 커버부로 구성되고, 상기 제 1 코일층의 단부와 상기 제 2 코일층의 단부가 양측 단면으로 노출되도록 형성되는 인덕터 몸체 및 상기 제 1 코일층의 단부와 상기 제 2 코일층의 단부와 각각 전기적으로 접속되어 형성되는 제 1 외부전극 및 제 2 외부전극을 포함하되, 상기 상부 커버부와 하부 커버부는 금속 판상 복합체를 포함하는 파워 인덕터를 제공하므로, DC-bias 특성이 우수한 파워 인덕터를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 파워 인덕터에 관한 것이다.
최근 스마트폰, 태블릿 PC 등 휴대기기의 발전에 따라 높은 속도의 듀얼코어, 쿼드코어 AP(Application Processor)가 사용되고, 보다 큰 면적의 디스플레이가 사용됨에 따라 기존의 페라이트 인덕터로는 이에 충분한 정격 전류를 발휘하지 못하고 있다.
따라서, 최근에 들어서 DC-Bias 특성이 뛰어난 금속 분말과 유기물을 사용하는 금속 복합 인덕터들이 많이 등장하고 있다.
원래 금속 재료는 교류에서 와류손실이 크기 때문에 높은 주파수에서는 사용하기가 어려웠다. 그러나, 금속 재료를 작은 분말로 만들고, 표면을 절연하여 유기물과 복합체로 만듦으로써 와류 손실을 줄일 수 있게 되었으며, 최근에는 1MHz 이상에서까지 사용 가능하게 되었다.
그런데, 이러한 절연 처리의 한 가지 단점으로는 전기가 통하지 못하는 절연층이 자속의 흐름까지 방해하기 때문에 높은 투자율을 갖는 인덕터를 제조하기 어렵다는 것이다.
금속 복합 인덕터에서 금속 파우더의 와류 손실을 줄이기 위해 필요한 사용 주파수에 맞게 입도를 선택할 수 있는데, 금속 재료의 와류 손실은 다음과 같은 식으로 표현된다.
일반적으로 인덕터를 고주파에서 사용하기 위해서는 재료의 비저항을 높이고 크기를 줄이는 것이 필요한데, 현재 1 ~ 3 MHz 수준에서 약 20 ~ 30㎛ 수준의 금속 파우더가 사용된다.
원래, 금속 자성체의 투자율은 재료 종류에 따라서 수천 내지 수만까지 나타나지만, 복합체를 형성하는 경우 절연막이 자속의 흐름을 방해하고, 비자성체 공간에 의한 반자장의 발생에 의하여 투자율이 20 ~ 25 수준에 불과하다.
따라서, 작은 SMD 타입의 인덕터에서 구현할 수 있는 용량이 제한적이다.
금속 복합체에 금속 복합체에 있어서는 재료의 투자율이 충진률과 큰 상관관계를 가지기 때문에 실제로는 20~30㎛ 수준의 파우더와 함께, 크기 차이가 큰 10㎛ 미만의 작은 파우더를 혼합하여 사용하여, 복합체에서 큰 파우더 사이의 빈 공간을 보다 작은 파우더로 채우는 방법을 사용한다. 이 방법을 이용하여 투자율을 30 이상까지 높일 수 있다.
그러나, 더 이상 투자율을 높이기 위해서는 더 작은 제 3의 분말을 사용하여 나머지 공간을 채우거나, 더 큰 분말을 사용하는 방법이 필요하다. 첫 번째 방법은 재료 확보 및 공정에서의 문제점이 있어 현실적으로 구현이 힘들고, 두 번째의 방법은 투자율은 높일 수 있으나 사용 주파수에서 와류 손실이 증가한다는 단점이 존재한다. 또한 제품 공정 및 구조에서 사용할 수 있는 파우더의 최대 크기가 제한이 있다.
재료의 와류손실은 재료의 모든 부분이 작을 필요가 있는 것이 아니라 자속 방향과 수직인 면의 크기가 중요하다. 따라서 자속 방향으로는 재료가 연속적이라도, 자속의 수직방향으로는 두께가 얇은 판상을 충분이 얇게 만든다면 이런 효과가 가능할 것으로 판단된다.
따라서, 이러한 재료를 자속 방향으로의 두께를 얇게 하여 재료의 와류손실을 낮게 할 수 있으며, 문헌상에서는 플레이크(Flake)를 이용한 토로이달 형태의 권선 인덕터를 제안하고 있다.
그런데, 이런 플레이크(Flake)는 구형 파우더에 비해서는 복합체에서 금속충진률이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 투자율은 높일 수 있는 장점이 있지만, DC-bias가 악화될 가능성이 매우 높다. 따라서 소형 또는 고용량 인덕터에서 용량은 만족하지만, DC-bias가 악화 되어 그 용도가 제한될 수 있다.
본 발명은 종래의 파워 인덕터에서 제기되는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 파워 인덕터의 커버부가 금속 판상 복합체를 포함하여 고 투자율을 가지면서도 높은 포화자속밀도를 구현하여 DC-bias 특성이 우수한 파워 인덕터를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 절연 기판, 상기 절연 기판의 양면에 형성되는 제 1 코일층 및 제 2 코일층, 상기 절연 기판과 상기 제 1 코일층 및 상기 제 2 코일층을 내부에 포함하는 코일부와 상부 커버부와 하부 커버부를 포함하는 커버부로 구성되고, 상기 제 1 코일층의 단부와 상기 제 2 코일층의 단부가 양측 단면으로 노출되도록 형성되는 인덕터 몸체 및 상기 제 1 코일층의 단부와 상기 제 2 코일층의 단부와 각각 전기적으로 접속되어 형성되는 제 1 외부전극 및 제 2 외부전극을 포함하되, 상기 상부 커버부와 하부 커버부는 금속 판상 복합체를 포함하는 파워 인덕터가 제공됨으로서 달성된다.
이때, 상기 절연 기판은 중앙에 관통공을 가질 수 있으며, 상기 금속 판상 복합체는 유기 절연막이 코팅된 금속 박판일 수 있고, 상기 상부 커버부와 하부 커버부는 복수의 금속 판상 복합체가 적층된 것일 수 있다.
또한, 상기 코일부는 철(Fe), 철-니켈 합금(Fe-Ni), 철-규소-알루미늄 합금(Fe-Si-Al) 및 철-규소-크롬 합금(Fe-Si-Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 금속 분말을 포함할 수 있고, 상기 금속 판상 복합체는 철-니켈계 합금(Fe-Ni)을 포함할 수 있으며, 상기 철-니켈계 합금(Fe-Ni)은 퍼멀로이(Permalloy)일 수 있다.
상기 금속 판상 복합체의 두께는 10㎛이하일 수 있고, 상기 금속 판상 복합체는 도금 공정에 의하여 형성된 것일 수 있으며, 상기 상부 커버부와 하부 커버부는 금속 판상 복합체를 포함하는 판상의 구조체일 수 있으며, 상기 금속 판상 복합체는 유기 절연막에 의해 중심을 기준으로 방사형으로 분리된 것일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파워 인덕터는 파워 인덕터의 커버부가 금속 판상 복합체를 포함하여 높은 금속 충진율을 가질 수 있기 때문에, DC-bias 특성이 우수한 파워 인덕터를 제공할 수 있다.
또한, 도금공정을 사용하여 고 정밀도로 파워 인덕터의 몸체를 제작하여 파워 인덕터의 용량 산포를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파워 인덕터의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 파워 인덕터의 자속 흐름을 보여주는 단면도.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 인덕터에 포함되는 금속 판상 복합체의 사시도.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워 인덕터에 포함되는 금속 판상 복합체의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 인덕터의 커버부의 형태 및 자속 흐름을 보여주는 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 파워 인덕터의 자속 흐름을 보여주는 단면도.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 인덕터에 포함되는 금속 판상 복합체의 사시도.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워 인덕터에 포함되는 금속 판상 복합체의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 인덕터의 커버부의 형태 및 자속 흐름을 보여주는 평면도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 파워 인덕터의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 파워 인덕터의 자속 흐름을 보여주는 단면도이며, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 인덕터에 포함되는 금속 판상 복합체의 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워 인덕터에 포함되는 금속 판상 복합체의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 인덕터의 커버부의 형태 및 자속 흐름을 보여주는 평면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파워 인덕터(100)는 절연 기판(200), 상기 절연 기판(200)의 양면에 형성되는 제 1 코일층(310) 및 제 2 코일층(320), 상기 절연 기판(200)과 상기 제 1 코일층(310) 및 상기 제 2 코일층(320)을 내부에 포함하는 코일부(400)와 상부 커버부(520)와 하부 커버부(510)를 포함하는 커버부(500)로 구성되고, 상기 제 1 코일층(310) 및 상기 제 2 코일층(320)의 단부가 양측 단면으로 노출되도록 형성되는 인덕터 몸체(600) 및 상기 제 1 코일층의 단부(311)와 상기 제 2 코일층의 단부(321)와 각각 전기적으로 접속되어 형성되는 제 1 외부전극(710) 및 제 2 외부전극(720)을 포함하되, 상기 상부 커버부(520)와 하부 커버부(510)는 금속 판상 복합체(530)를 포함할 수 있다.
상기 절연 기판(200)은 상기 제 1 코일층(310)과 상기 제 2 코일층(320)의 지지층으로 사용될 수 있으며, 페라이트 등의 자성재료 또는 고분자 수지(420) 등의 절연 재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연 기판(200)은 중심부에 구형, 타원 또는 다각형의 관통공(210)이 형성되어 자속의 흐름에 도움을 줄 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파워 인덕터의 자속 흐름(800)은 코일에 전원이 인가됨에 따라서 화살표 방향으로 자기장이 형성되는데, 상기 관통공(210)을 통하여 자속 흐름(800)이 형성되기 때문에 절연 기판(200)에 의하여 자속 흐름이 방해되는 것을 최소화시킬 수 있다.
상기 제 1 코일층(310)과 제 2 코일층(320)은 도전성 페이스트를 사용하여 상기 절연 기판(200)의 양면에 형성될 수 있고, 상기 제 1 코일층(310)과 상기 제 2 코일층(320)은 상기 절연 기판(200)을 관통하는 비아를 통하여 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 제 1 코일층(310)과 상기 제 2 코일층(320)은 모두 나선형으로 형성될 수 있다.
상기 비아는 레이저 또는 펀칭 등의 방법에 의하여 상기 절연 기판(200)에 관통공을 형성한 후 도전성 페이스트를 충진하는 방법으로 형성할 수 있다.
상기 제 1 코일층(310)과 상기 제 2 코일층(320)은 철(Fe), 철-니켈 합금(Fe-Ni), 철-규소-알루미늄 합금(Fe-Si-Al) 및 철-규소-크롬 합금(Fe-Si-Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 금속 분말(410)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 절연 기판(200)과 상기 제 1 코일층(310) 및 상기 제 2 코일층(320)을 내부에 포함하는 코일부(400)는 금속 분말(410)과 고분자 수지(420)를 포함할 수 있으며, 상기 제 1 코일층(310)의 단부와 상기 제 2 코일층(320)의 단부가 외부로 노출되어 후술할 외부전극에 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.
상기 제 1 외부전극(710)은 상기 제 1 코일층의 단부(311)와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 외부전극(720)은 상기 제 2 코일층의 단부(321)와 전기적으로 연결되어 형성된다.
상기 제 1 외부전극(710)과 상기 제 2 외부전극(720)은 도전성 페이스트에 인덕터 몸체(600)를 침지하는 방법, 인덕터 몸체(600)의 양 단면에 도전성 페이스트를 인쇄하거나, 증착하는 방법 등을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 제 1 외부전극(710)과 상기 제 2 외부전극(720)에 전도성을 부여하기 위하여 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 등의 금속 또는 상기 금속들의 합금을 사용할 수 있으며, 필요에 따라서는 니켈 도금층(미 도시) 및 주석 도금층(미 도시)을 추가로 형성할 수도 있다.
상기 인덕터 몸체(600)는 상기 코일부(400)와 상기 커버부(500)를 포함하고, 상기 커버부(500)는 상기 상부 커버부(520)와 상기 하부 커버부(510)를 포함하는데, 상기 상부 커버부(520)는 상기 코일부(400)의 상부에 형성되고, 상기 하부 커버부(510)는 상기 코일부(400)의 하부에 형성되어 인덕터 몸체(600)를 구성한다.
상기 상부 커버부(520)와 상기 하부 커버부(510)는 금속 판상 복합체(530)를 포함하는데, 상기 금속 판상 복합체(530)는 유기 절연막(532)이 코팅된 금속 박판(531)일 수 있다.
상기 유기 절연막(532)은 상기 금속 박판(531)을 코팅하여 전기적으로 절연할 수 있는 물질이면 특별히 한정되지 않는다.
상기 금속 박판(531)은 철-니켈계 합금일 수 있으며, 상기 철-니켈계 합금은 퍼멀로이일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 금속 판상 복합체(530)는 와전류의 크기를 줄이기 위해 10㎛ 이하일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 금속 판상 복합체(530)는 도금 공정에 의하여 바텀-업(bottom-up) 방법에 의해 형성할 수 있으나, 이와 달리 탑-다운(top-down) 방법에 의하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 상부 커버부(520)와 하부 커버부(510)는 복수의 금속 판상 복합체(530)가 적층된 것일 수 있으며, 복수의 금속 판상 복합체(530)를 포함하는 판상의 구조체일 수 있다.
또한, 상기 금속 판상 복합체(530)는 유기 절연막(532)에 의해 중심부를 기준으로 방사형으로 분리된 것일 수 있다.
이 경우, 상부 커버부(510)와 하부 커버부(520)는 도 3a의 형태와 같이 삼각형의 평면 형상을 가지는 판상의 금속 판상 복합체(530)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예와 같이 금속 판상 복합체(530)를 통하여 커버부(500)를 형성하게 되면, 자기장에 의하여 자속 흐름(800)이 형성되는 커버부(500)의 금속 충진율을 향상시켜 투자율을 향상시키는 것이 가능하며, 이에 따라서 DC-bias 특성의 향상도 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예중에서 도 4의 경우처럼 유기 절연막(532)에 의해서 중심을 기준으로 방사형으로 분리된 금속 판상 복합체(530)를 포함하는 커버부(500)를 형성하는 경우, 자속 흐름(800)의 방향으로는 금속 판상 복합체(530)가 연속성을 가지기 때문에 자속의 흐름이 원활하게 할 수 있으면서도, 커버부(500)가 여러 개의 금속 판상 복합체(530)로 구성되기 때문에 와전류 손실은 최소화할 수 있는 장점이 있게 된다.
그리고, 금속 분말을 사용하는 경우 금속 분말의 형태와 충진율의 제어가 어렵기 때문에 파워 인덕터의 용량 산포가 큰 것과 대비하여, 본 발명의 실시예에 따른 파워 인덕터는 도금 공정을 사용하여 파워 인덕터의 커버부를 고 정밀도로 크기와 형태를 제어하여 제작할 수 있기 때문에 용량 산포를 감소시킨 파워 인덕터를 제조할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 파워 인덕터
200 : 절연 기판
300 : 코일층
310 : 제 1 코일층
311 : 제 1 코일층의 단부
320 : 제 2 코일층
321 : 제 2 코일층의 단부
400 : 코일부
410 : 금속 분말
420 : 고분자 수지
500 : 커버부
510 : 하부 커버부
520 : 상부 커버부
530 : 금속 판상 복합체
531 : 금속 박판
532 : 유기 절연막
600 : 인덕터 몸체(body)
710 : 제 1 외부전극
720 : 제 2 외부전극
800 : 자속 흐름
200 : 절연 기판
300 : 코일층
310 : 제 1 코일층
311 : 제 1 코일층의 단부
320 : 제 2 코일층
321 : 제 2 코일층의 단부
400 : 코일부
410 : 금속 분말
420 : 고분자 수지
500 : 커버부
510 : 하부 커버부
520 : 상부 커버부
530 : 금속 판상 복합체
531 : 금속 박판
532 : 유기 절연막
600 : 인덕터 몸체(body)
710 : 제 1 외부전극
720 : 제 2 외부전극
800 : 자속 흐름
Claims (11)
- 절연 기판;
상기 절연 기판의 양면에 형성되는 제 1 코일층 및 제 2 코일층;
상기 절연 기판과 상기 제 1 코일층 및 상기 제 2 코일층을 내부에 포함하는 코일부와 상부 커버부와 하부 커버부를 포함하는 커버부로 구성되고, 상기 제 1 코일층의 단부와 상기 제 2 코일층의 단부가 양측 단면으로 노출되도록 형성되는 인덕터 몸체; 및
상기 제 1 코일층의 단부와 상기 제 2 코일층의 단부와 각각 전기적으로 접속되어 형성되는 제 1 외부전극 및 제 2 외부전극을 포함하되,
상기 상부 커버부와 하부 커버부는 금속 판상 복합체를 포함하는 판상의 구조체이며,
상기 금속 판상 복합체는 유기 절연막에 의해 중심을 기준으로 방사형으로 분리된 것인 파워 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연 기판은 중앙에 관통공을 가지는 파워 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 판상 복합체는 유기 절연막이 코팅된 금속 박판인 것인 파워 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 커버부와 하부 커버부는 복수의 금속 판상 복합체가 적층된 것인 파워 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 코일부는 철(Fe), 철-니켈 합금(Fe-Ni), 철-규소-알루미늄 합금(Fe-Si-Al) 및 철-규소-크롬 합금(Fe-Si-Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 금속 분말을 포함하는 파워 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 판상 복합체는 철-니켈계 합금(Fe-Ni)을 포함하는 파워 인덕터. - 제 6 항에 있어서,
상기 철-니켈계 합금(Fe-Ni)은 퍼멀로이(Permalloy)인 파워 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 판상 복합체의 두께는 10㎛이하인 파워 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 판상 복합체는 도금 공정에 의하여 형성된 것인 파워 인덕터. - 삭제
- 삭제
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