KR101744627B1 - 코일 부품 - Google Patents

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마나부 오타
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요시히로 마에다
다카히로 가와하라
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시게키 사토
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Abstract

코일 부품(평면 코일 소자)(10)에서는, 금속 자성분(30) 중, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 제 3 금속 자성분(30C)의 적어도 일부에 코팅하지 않음으로써 투자율의 저하를 억제하고 있다. 한편, 나머지의 금속분에 대해서는 유리 코팅을 함으로써, 금속 자성분 함유 수지(20)의 절연성 향상 및 코어 로스 저하를 도모하고 있다.

Description

코일 부품{COIL COMPONENT}
본 발명은 코일 부품에 관한 것이다.
종래, 표면 실장형의 평면 코일 소자 등의 코일 부품이 민생용 기기, 산업용 기기 등의 전기 제품에 폭넓게 이용되고 있다. 그중에서도 소형 휴대 기기에 있어서는, 기능의 충실화에 따라, 각각의 디바이스를 구동시키기 위하여 단일의 전원으로부터 복수의 전압을 얻을 필요가 발생했다. 그래서, 이러한 전원 용도 등에도 표면 실장형의 평면 코일 소자가 사용되고 있다.
이러한 코일 부품은 예를 들어 특허문헌 1(일본 공개특허공보 특개2014-60284호)에 개시되어 있다. 이 문헌에 개시된 코일 부품은 코일 도체와 코일 도체를 덮는 금속 자성분 함유 수지를 구비하고 있고, 금속 자성분 함유 수지가 평균 입자 직경이 다른 3종류의 금속분(제 1 자성분, 제 2 자성분 및 제 3 자성분)을 포함하고 있다. 이러한 코일 부품에 의하면, 중간 직경의 제 2 자성분이 금속분 간의 거리를 좁힘으로써, 투자율을 향상시킬 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2014-60284호
상술한 바와 같은 코일 부품에 있어서, 소체의 절연성을 보다 높이거나 코어 로스(core loss)를 보다 저하시키기 위하여, 금속분을 절연 코팅하는 것을 생각할 수 있다. 하지만, 이 경우에는 자속 밀도의 저하에 의해 투자율의 저하를 초래한다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 금속 자성분 함유 수지의 절연성 향상 및 코어 로스 저하를 도모하면서, 투자율의 저하가 억제된 코일 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 코일 부품은 기판과, 기판 위에 형성된 평면 코일용의 도체 패턴을 갖는 코일부와, 코일부를 덮는 금속 자성분 함유 수지를 구비하고, 금속 자성분 함유 수지에는 평균 입자 직경이 다른 3종류 이상의 금속분이 포함되어 있고, 금속 자성분 함유 수지에 포함되는 금속분 중, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분의 적어도 일부는 절연 코팅되어 있지 않고, 나머지 금속분은 절연 코팅되어 있다.
이러한 코일 부품에서는, 금속 자성분 함유 수지에 포함되는 평균 입자 직경이 다른 3종류 이상의 금속분 중, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분의 적어도 일부는 절연 코팅되어 있지 않다. 발명자들은, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분이 투자율에 크게 영향을 미치고, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분의 적어도 일부에 절연 코팅하지 않음으로써, 투자율의 저하가 억제되는 것을 새로이 발견하였다. 한편, 나머지 금속분에 대해서는 절연 코팅을 함으로써, 금속 자성분 함유 수지의 절연성 향상 및 코일의 코어 로스 저하가 도모되어 있다.
또한, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분은 구성 재료가 다른 복수 종류의 금속분으로 구성되어 있는 형태라도 좋다.
또한, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분이 Fe분과 Ni분으로 구성되어 있는 형태라도 좋다. 또한, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분 중, Ni분을 절연 코팅하고 있는 형태라도 좋다.
또한, 나머지의 금속분에는 절연 코팅으로서 유리 코팅이 되어 있는 형태라도 좋다.
또한, 금속 자성분 함유 수지에 포함되는 금속분이 평균 입자 직경이 다른 3종류의 금속분으로 구성되어 있는 형태라도 좋다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 금속 자성분 함유 수지의 절연성 향상 및 코어 로스 저하를 도모하면서, 투자율의 저하가 억제된 코일 부품이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 평면 코일 소자의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 평면 코일 소자의 분해도이다.
도 3은 도 1에 도시한 평면 코일 소자의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 평면 코일 소자의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 평면 코일 소자의 수지 중에 포함되는 금속 자성분의 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 평균 입자 직경이 다른 3종류의 금속 자성분을 도시한 도면이다.
도 7은 유리 코팅되어 있는 금속 자성분의 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 유리 코팅되어 있지 않은 금속 자성분의 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 갖는 요소에는 동일 부호를 사용하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다.
우선, 본 발명의 실시 형태에 따른 코일 부품의 1종인 평면 코일 소자의 구조에 대하여, 도 1 내지 4를 참조하면서 설명한다. 설명의 편의상, 도면에 도시한 바와 같이 XYZ 좌표를 설정한다. 즉, 평면 코일 소자의 두께 방향을 Z방향, 외부 단자 전극의 대면 방향을 X방향, Z방향과 X방향에 직교하는 방향을 Y방향으로 설정한다.
평면 코일 소자(10)는 직육면체형상을 띠는 본체부(12)과, 본체부(12)의 대향하는 한 쌍의 단면(12a, 12b)을 덮도록 하여 형성된 한 쌍의 외부 단자 전극(14A, 14B)으로 구성되어 있다. 평면 코일 소자(10)는, 일례로서, 장변 2.5mm, 단변 2.0mm, 높이 0.8 내지 1.0mm의 치수로 설계된다.
본체부(12)는 기판(16)과, 기판(16)의 상하 양면에 형성된 평면 공심 코일용의 도체 패턴(18A, 18B)을 갖는 코일부(19)를 포함하고 있다.
기판(16)은 비자성의 절연 재료로 구성된 평판 직사각형상의 부재이다. 기판(16)의 중앙 부분에는 대략 원형의 개구(16a)가 형성되어 있다. 기판(16)으로서는, 유리 클로스(cloth)에 시아네이트 수지(BT(비스말레이미드·트리아진) 레진: 등록 상표)이 함침된 기판으로, 판두께 60㎛의 것을 사용할 수 있다. 또한, BT 레진 외에, 폴리이미드, 아라미드 등을 사용할 수도 있다. 기판(16)의 재료로서는 세라믹이나 유리를 사용할 수도 있다. 기판(16)의 재료로서는 대량 생산되고 있는 프린트 기판 재료가 바람직하고, 특히 BT 프린트 기판, FR4 프린트 기판, 또는 FR5 프린트 기판에 사용되는 수지 재료가 가장 바람직하다.
도체 패턴(18A, 18B)은 모두 평면 공심 코일이 되는 평면 소용돌이 형상 패턴이며, Cu 등의 도체 재료로 도금 형성되어 있다. 또한, 도체 패턴(18A, 18B)의 표면은 도시하지 않은 절연 수지에 의해 코팅되어 있다. 도체 패턴(18A, 18B)의 코일(C)은 예를 들어, 높이 80 내지 260㎛, 폭 40 내지 260㎛, 코일 간격 5 내지 30㎛으로 되어 있다.
도체 패턴(18A)은 기판(16)의 상면 위에 형성되고, 도체 패턴(18B)은 기판(16)의 하면 위에 형성되어 있다. 도체 패턴(18A, 18B)은 기판(16)을 사이에 끼워 대략 중첩되어 있고, 모두 기판(16)의 개구(16a)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 그것에 의해, 기판(16)의 개구(16a)와 도체 패턴(18A, 18B)의 공심 부분에 의하여, 코일부(19)의 관통공(자심부(21))이 구획 형성되어 있다.
도체 패턴(18A)과 도체 패턴(18B)은 자심부(21) 근방(즉, 개구(16a) 근방)의 기판(16)에 관통 설치된 비아홀 도체(22)에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 기판 상면의 도체 패턴(18A)은 상면측에서 보아 외측을 향하는 방향을 따르는 좌회전의 소용돌이이며, 기판 하면의 도체 패턴(18B)은 하면측에서 보아 외측을 향하는 방향을 따르는 좌회전의 소용돌이이므로, 비아홀 도체(22)로 접속된 도체 패턴(18A, 18B)에는 일 방향으로 전류를 흘릴 수 있다. 이러한 도체 패턴(18A, 18B)에서는 일 방향으로 전류를 흘려보냈을 때에 도체 패턴(18A)과 도체 패턴(18B)에서 전류가 흐르는 회전 방향이 동일해지기 때문에, 쌍방의 도체 패턴(18A, 18B)에서 발생하는 자속이 중첩하여 서로 강화한다.
또한, 본체부(12)는 코일부(19)를 둘러싸는 금속 자성분 함유 수지(20)를 포함하고 있다. 금속 자성분 함유 수지(20)의 수지 재료로서는 예를 들어 열 경화성의 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 금속 자성분 함유 수지(20)는 코일부(19)의 상측으로부터, 도체 패턴(18A)과 함께 기판(16)의 상면을 일체적으로 덮는 동시에, 코일부(19)의 하측으로부터, 도체 패턴(18B)과 함께 기판(16)의 하면을 일체로 덮고 있다. 또한, 금속 자성분 함유 수지(20)는 코일부(19)의 자심부(21)인 관통공에도 충전되어 있다.
금속 자성분 함유 수지(20)에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 평균 입자 직경이 다른 3종류의 금속 자성분(30A, 30B, 30C)이 분산되어 있다. 이하, 설명의 편의상, 최대의 평균 입자 직경을 갖는 금속 자성분을 제 1 금속 자성분(30A), 중간의 평균 입자 직경을 갖는 금속 자성분을 제 2 금속 자성분(30B), 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속 자성분을 제 3 금속 자성분(30C)이라고 칭한다.
제 1 금속 자성분(30A)은, 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 분체(32A)와, 분체(32A)의 표면을 덮는 유리 코팅(34A)으로 구성되어 있다. 분체(32A)는 예를 들어 Fe-Si-Cr 합금이나 철 니켈 합금(퍼멀로이 합금)으로 구성되어 있다. 제 1 금속 자성분(30A)의 평균 입자 직경(D50: 미디언 직경)은 일례로서 30㎛이고, 10 내지 100㎛의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 금속 자성분 함유 수지(20) 중의 제 1 금속 자성분(30A)의 함유량은 60 내지 80wt%의 범위가 되도록 설계되어 있다.
제 2 금속 자성분(30B)도, 제 1 금속 자성분(30A)과 마찬가지로, 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 분체(32B)와, 분체(32B)의 표면을 덮는 유리 코팅(34B)으로 구성되어 있다. 분체(32B)는 예를 들어, Fe-Si-Cr 합금이나 철(카르보닐 철)로 구성되어 있다. 제 2 금속 자성분(30B)의 평균 입자 직경(D50)은 일례로서 3㎛이고, 1 내지 10㎛의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 금속 자성분 함유 수지(20) 중의 제 2 금속 자성분(30B)의 함유량은 5 내지 20wt%의 범위가 되도록 설계되어 있다.
제 3 금속 자성분(30C)은, 도 6(c)에 도시한 바와 같이, 코팅되어 있지 않은 분체(32C)를 포함하고 있다. 분체(32C)는 예를 들어, 철(카르보닐 철)로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 3 금속 자성분(30C)은 또한 제 1 금속 자성분(30A)이나 제 2 금속 자성분(30B)과 마찬가지로 유리 코팅된 Ni분을 포함하고 있다. 제 3 금속 자성분(30C)의 평균 입자 직경(D50)은 일례로서 1㎛이고, 0.3 내지 3㎛의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 금속 자성분 함유 수지(20) 중의 제 3 금속 자성분(30C)의 함유량은 5 내지 20wt%의 범위가 되도록 설계되어 있다.
또한, 제 1 금속 자성분(30A), 제 2 금속 자성분(30B) 및 제 3 금속 자성분(30C)의 혼합비가 중량비로 6:1:1이 되도록 설계되어 있다.
한 쌍의 외부 단자 전극(14A, 14B)은 소자 탑재 기판의 회로에 접속하기 위한 전극이며, 상술한 도체 패턴(18A, 18B)에 접속되어 있다. 보다 구체적으로는, 본체부(12)의 단면(12a)을 덮는 외부 단자 전극(14A)은 그 단면(12a)에 노출하는 도체 패턴(18A)의 단부와 접속되고, 단면(12a)과 대면하는 단면(12b)을 덮는 외부 단자 전극(14B)은 그 단면(12b)에 노출하는 도체 패턴(18B)의 단부와 접속된다. 그 때문에, 외부 단자 전극(14A, 14B)의 사이에 전압을 인가하면, 예를 들어, 도체 패턴(18A)으로부터 도체 패턴(18B)으로 흐르는 전류가 발생한다.
본 실시형태에서는, 외부 단자 전극(14A, 14B)은 모두, 단면에 수지 전극 재료를 도포한 후, 그 수지 전극 재료에 금속 도금을 실시함으로써 형성되어 있다. 외부 단자 전극(14A, 14B)의 금속 도금에는, Cr, Cu, Ni, Sn, Au, 땜납 등을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 평면 코일 소자(10)의 금속 자성분 함유 수지(20)에는 평균 입자 직경이 다른 3종류 이상의 금속분(30A, 30B, 30C)이 포함되어 있다. 그리고, 제 3 금속 자성분(30C)의 일부(즉, Fe분)는 유리 코팅되어 있지 않고, 나머지의 금속 자성분(즉, 제 1 금속 자성분(30A), 제 2 금속 자성분(30B), 제 3 금속 자성분(30C)의 Ni분)은 유리 코팅되어 있다.
도 7은, 금속 자성분 함유 수지(20)에 포함되는 금속 자성분(40)이 평균 입자 직경이 다른 3종류의 금속 자성분(40A, 40B, 40C)으로 이루어지고, 모든 금속 자성분이 유리 코팅된 경우를 나타내고 있고, 도 8은, 금속 자성분 함유 수지(20)에 포함되는 금속 자성분(50)이 평균 입자 직경이 다른 3종류의 금속 자성분(50A, 50B, 50C)로 이루어지고, 모든 금속 자성분이 유리 코팅되어 있지 않은 경우를 도시하고 있다.
도 7에 도시한 금속 자성분(40)에서는, 각 금속 자성분(40A, 40B, 40C)의 표면을 덮는 유리 코팅에 의해, 도 8에 도시한 금속 자성분(50)에 비하여, 수지(20)(소체)의 절연성을 향상시킬 수 있는 동시에, 코일부(19)의 코어 로스를 저하시킬 수 있다. 한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 금속 자성분(50)에서는 서로의 금속 자성분끼리가 접촉함으로써, 도통 경로가 형성되기 쉽고, 수지(20)(소체)의 절연성이 낮다.
단, 도 7에 도시된 금속 자성분(40)에서는, 각 금속 자성분(40A, 40B, 40C)의 표면을 덮는 유리 코팅에 의해, 도 8에 도시한 금속 자성분(50)에 비하여 투자율이 저하된다. 이것은, 금속 자성분(40) 중 최소의 평균 입자 직경을 갖는 제 3 금속 자성분(40C)이 투자율에 크게 영향을 미치고, 그 금속 자성분(40C)이 유리 코팅되어 있음으로써, 투자율의 저하가 초래된다고 생각된다.
그래서, 발명자들은, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 금속 자성분(30) 중 최소의 평균 입자 직경을 갖는 제 3 금속 자성분(30C)의 적어도 일부에 대해서는 선택적으로 유리 코팅이 없는 분체(32)로 구성하고, 그것에 의해 투자율의 저하를 억제하는 것을 새로이 발견하였다.
즉, 상술한 코일 부품(평면 코일 소자)(10)에서는, 금속 자성분(30) 중 최소의 평균 입자 직경을 갖는 제 3 금속 자성분(30C)의 적어도 일부에 코팅하지 않음으로써 투자율의 저하를 억제하고 있다. 한편, 나머지 금속분에 대해서는 유리 코팅을 함으로써, 금속 자성분 함유 수지(20)의 절연성 향상 및 코일의 코어 로스 저하를 도모하고 있다.
게다가, 유리 코팅되어 있지 않은 금속 자성분(30C)에 대해서는, 유리 코팅의 두께분만큼 직경의 축소가 도모되어 있어, 치수가 작다. 그 때문에, 보다 큰 직경의 제 1 금속 자성분(30A) 및 제 2 금속 자성분(30B)의 사이에 들어가기 쉽고, 그 결과, 금속 자성분의 충전율 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변형이 가능하다.
예를 들어, 제 1 금속 자성분 및 제 2 금속 자성분의 구성 재료는, 철 니켈합금(퍼멀로이 합금) 외에, 아몰퍼스, FeSiCr계 합금, 센더스트(sendust) 등이라도 좋다. 또한, 제 3 금속 자성분은 반드시 구성 재료가 다른 복수 종류의 금속분으로 구성할 필요는 없고, 단일 종류의 금속분(예를 들어 Fe만)으로 구성하고 있어도 좋다. 이 경우, 단일 종류의 금속분의 전부를 절연 코팅하지 않는 형태나, 단일 종류의 금속분의 일부만 절연 코팅하지 않는 형태가 있을 수 있다.
또한, 절연 코팅은 유리 코팅에 한정되지 않고, 수지 코팅 등을 채용할 수 있다. 또한, 금속 자성분 함유 수지가 평균 입자 직경이 다른 3종류의 금속분을 포함하는 형태 이외에, 금속 자성분 함유 수지가 평균 입자 직경이 다른 4종류 이상의 금속분을 포함하는 형태라도 좋다. 이 경우에도, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분의 적어도 일부를 절연 코팅하지 않음으로써, 상술한 실시형태와 같은 작용 효과를 나타낸다.
10: 평면 코일 소자
14A, 14B: 외부 단자 전극
16: 기판
18A, 18B: 도체 패턴
19: 코일부
20: 금속 자성분 함유 수지
21: 자심부
30, 40, 50: 금속 자성분
30A, 40A, 50A: 제 1 금속 자성분
30B, 40B, 50B: 제 2 금속 자성분
30C, 40C, 50C: 제 3 금속 자성분
34A, 34B: 유리 코팅

Claims (6)

  1. 기판과, 상기 기판 위에 형성된 평면 코일용의 도체 패턴을 갖는 코일부와,
    상기 코일부를 덮는 금속 자성분 함유 수지를 구비하고,
    상기 금속 자성분 함유 수지에는 평균 입자 직경이 다른 3종류 이상의 금속분이 포함되어 있고,
    상기 금속 자성분 함유 수지에 포함되는 금속분 중, 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분의 적어도 일부는 절연 코팅되어 있지 않고, 나머지 금속분은 유리로 절연 코팅되어 있는, 코일 부품.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분은 구성 재료가 다른 복수 종류의 금속분으로 구성되어 있는, 코일 부품.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분이 Fe분과 Ni분으로 구성되어 있는, 코일 부품.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 최소의 평균 입자 직경을 갖는 금속분 중, 상기 Ni분을 절연 코팅하고 있는, 코일 부품.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 자성분 함유 수지에 포함되는 금속분이, 평균 입자 직경이 다른 3종류의 금속분으로 구성되어 있는, 코일 부품.
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