KR101832560B1

KR101832560B1 - 코일 전자부품 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101832560B1
Application number: KR1020150111460A
Authority: KR
Inventors: 정동진
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2018-02-26
Also published as: US9978501B2; US20170040101A1; US20180233270A1; US10734155B2; US20230118574A1; US11562848B2; KR20170017480A; US20200335260A1

Abstract

내부 코일부가 매설된 자성체 바디를 포함하는 코일 전자부품에 있어서, 상기 내부 코일부는, 절연 기판, 상기 절연 기판의 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에 형성되고, 그 내부에 그루브가 형성된 제1 절연체, 상기 그루브 내부에 형성된 코일 도체, 및 상기 절연 기판, 제1 절연체 및 코일 도체를 둘러싸는 제2 절연체를 포함하는 코일 전자부품과 이를 제조하는 방법이 개시된다.

Description

코일 전자부품 및 그 제조방법{COIL ELECTRONIC COMPONENT AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 코일 전자부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.

코일 전자부품 중 하나인 인덕터(inductor)는 저항, 커패시터와 더불어 전자회로를 이루어 노이즈(Noise)를 제거하는 대표적인 수동소자이다.

이 중 박막형 인덕터는 도금으로 코일 도체를 형성한 후, 자성체 분말 및 수지를 혼합시킨 자성체 분말-수지 복합체를 경화하여 자성체 바디를 제조하고, 자성체 바디의 외측에 외부전극을 형성하여 제조한다.

최근 세트의 복합화, 다기능화, 슬림화 등의 변화에 따라 이러한 박막형 인턱터를 소형화하려는 시도가 계속되고 있다. 그런데, 박막형 인덕터가 소형 사이즈로 제작되는 경우 부품의 특성을 구현하는 자성체의 부피가 감소되고, 코일의 선 폭이나 두께를 크게 하는데 한계를 갖게 되기 때문에 특성 열화가 발생하게 된다. 이에, 당 기술 분야에서는 이러한 소형화 추세에서도 특성 열화의 문제를 해소할 수 있는 방안이 요구된다.

한국 공개특허공보 제10-2014-0011693호

본 발명의 목적 중 하나는, 제품 특성이 우수하고, 소형화가 용이한 코일 전자부품 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 소형화에 유리하고 신뢰성이 우수한 코일 전자부품의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품은 내부에 그루브가 형성된 제1 절연체를 구비하며, 상기 그루브 내부에 코일 도체가 형성된 구조를 가진다.

본 발명의 여러 효과 중 하나로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품은 제품 특성이 우수하고, 제품의 소형화가 용이한 장점이 있다.

다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품의 사시도이다.
도 2는 도 1의 코일 전자부품을 A-A'을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품의 제조 공정을 순차적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시 예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 예를 들어, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 "일 실시 예(one example)"라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 그러나, 아래 설명에서 제시된 실시 예들은 다른 실시예의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.

코일 전자부품

이하에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품을 설명하되, 특히 그 일 예로서 박막형 인덕터로 설명하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품의 사시도이고, 도 2는 도 1의 코일 전자부품을 A-A'을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 확대도이다.

도 1에 나타낸 바를 기준으로 하면, 하기의 설명에서 '길이' 방향은 도 1의 'L' 방향, '폭' 방향은 'W' 방향, '두께' 방향은 'T' 방향으로 정의될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품(100)은, 내부 코일부가 매설된 자성체 바디(50)를 포함한다.

자성체 바디(50)는 코일 전자부품(100)의 외관을 이루며, 자기 특성을 나타내는 페라이트 분말 또는 금속 자성체 분말이 에폭시나 폴리이미드 등의 열경화성 수지에 분산된 형태로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

구체적인 예로서, 상기 페라이트 분말은 Mn-Zn계 페라이트 분말, Ni-Zn계 페라이트 분말, Ni-Zn-Cu계 페라이트 분말, Mn-Mg계 페라이트 분말, Ba계 페라이트 분말 및 Li계 페라이트 분말로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 금속 자성체 분말은 Fe, Si, Cr, Al 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 예를 들어, Fe-Si-B-Cr계 비정질 금속일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품의 자성체 바디(50)에 매설된 내부 코일부는, 절연 기판(20), 제1 및 제2 절연체(31,32) 및 코일 도체(41,42)를 포함한다.

절연 기판(20)은 예를 들어, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속 연자성 기판일 수 있다. 절연 기판(20)의 중앙부에는 관통 홀이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 관통 홀은 자성 재료로 충진되어 코어부(55)를 형성할 수도 있다. 이와 같이, 자성 재료로 충진되는 코어부(55)를 형성함으로써 박막형 인덕터의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

제1 절연체(31)는 상기 절연 기판(20)의 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에 형성되며, 그 내부에 코일 도체(41,42) 형성을 위한 그루브를 구비한다. 상기 그루브는 스파이럴(spiral) 형상으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 절연체(31)는 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(LCP, Liquid Crystalline Polymer)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

코일 도체(41,42)는 상기 그루브 내부에 형성되며, 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.

상기 코일 도체(41,42)를 박막 형상으로 제조하기 위한 바람직한 공정의 예로서, 전기 도금법을 이용할 수 있다. 다만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 이와 유사한 효과를 보일 수 있는 것이라면 당 기술 분야에서 알려진 다른 공정을 이용할 수도 있을 것이다.

한편, 인덕터의 주요 특성 중 하나인 직류 저항(Rdc)은 코일 도체의 단면적이 클수록 낮아진다. 또한, 인덕터의 주요 특성 중 하나인 인덕턴스는 자속이 지나가는 자성체의 면적이 클수록 커진다. 따라서, 직류 저항(Rdc)을 낮추고, 인덕턴스를 향상시키기 위해서는 코일 도체의 선폭이나 두께를 증가시킴으로써 코일 도체의 단면적을 증가시키고, 자성체 면적을 증가시키는 것이 필요하다.

그런데, 전기 도금법에 의한 코일 도체 형성시 코일 도체의 단면적을 증가시키는 데에는 일정한 한계가 존재했다.

즉, 코일 도체의 선폭을 증가시키고자 하는 경우, 구현할 수 있는 코일 도체의 턴 수의 한계가 존재하고, 이는 자성체 면적의 축소로 이어져 효율 저하 및 고용량 제품 구현에 한계가 존재했으며, 코일 도체의 두께를 증가시키고자 하는 경우, 도금이 진행됨에 따라 코일 도체의 두께 방향 성장과 함께 폭 방향 성장이 동시에 이루어지는 등방 성장으로 인해 인접 코일 도체 간 쇼트(short)가 발생할 우려가 매우 커지고, 이에 따라 직류 저항(Rdc) 저감에 한계가 존재했다.

이에, 본 발명의 일 실시 예에서는 제1 절연체(31) 내부에 형성된 그루브에 코일 도체(41,42)를 형성하여 상기 제1 절연체(31)가 도금 성장 가이드(guide)로서의 역할을 하도록 하였다. 이 경우, 코일 도체의 형상 조절이 용이할 뿐만 아니라, 최외곽 코일의 과성장을 억제할 수 있어, 특성 열화의 문제를 해소할 수 있게 된다.

제1 절연체(31)와 코일 도체(41,42)의 두께의 차이가 지나치게 작을 경우, 인접 코일 도체 간 쇼트(short)가 발생할 우려가 있다. 반면, 제1 절연체(31)와 코일 도체(41,42)의 두께의 차이가 지나치게 클 경우, 자성체 면적 감소로 인한 용량 감소의 우려가 있다. 이에, 제한되지 않는 일 예로써, 제1 절연체(31)의 두께를 b, 코일 도체(41,42)의 두께를 a라고 할 때, b-a는 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.

식 (1): 0μm < b-a ≤ 40μm

유사한 관점에서, 제1 절연체(31)의 폭이 지나치게 작을 경우 인접 코일 도체 간 쇼트(short)가 발생할 우려가 있으며, 반면, 제1 절연체(31)의 폭이 지나치게 클 경우, 자성체 면적 감소로 인한 용량 감소의 우려가 있다. 이에, 제한되지 않는 일 예로써, 제1 절연체(31)의 폭을 b'이라 할 때, 상기 b'은 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.

식 (2): 3μm ≤ b' ≤ 50μm

제2 절연체(32)는 절연 기판(20), 제1 절연체(31) 및 코일 도체(41,42)를 피복하며, 코일과 자성체 간 절연성을 확보하는 역할을 한다.

제2 절연체(32)는 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(LCP, Liquid Crystalline Polymer)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

제2 절연체(32)의 두께가 지나치게 얇을 경우 코일과 자성체 간 절연성이 충분히 확보되지 못할 우려가 있으며, 반면, 그 두께가 지나치게 두꺼울 경우 자성체 면적 감소로 인한 용량 감소의 우려가 있다. 이에, 제한되지 않는 일 예로써, 제2 절연체의 두께를 c라고 할 때, 상기 c는 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.

식 (3): 1μm ≤ c ≤ 20μm

본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품(100)은, 자성체 바디(50)의 외측에 배치되며, 상기 코일 도체(41,42)와 전기적으로 연결되는 외부 전극(81,82)를 더 포함할 수 있다.

외부 전극(81,82)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.

외부 전극(81,82) 상에는 도금층(미도시)이 형성되어 있을 수 있으며, 이 경우, 상기 도금층은 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 주석(Sn)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni)층과 주석(Sn)층이 순차로 형성될 수 있다.

코일 전자부품의 제조방법

이하에는 상술한 구조를 갖는 코일 전자부품(100)을 제조하는 방법의 일 예를 설명한다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품의 제조 공정을 순차적으로 나타내는 도면이다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 절연 기판(20)의 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에 그 내부에 그루브가 형성된 제1 절연체(31)를 형성한다. 한편, 상기 제1 절연체(31)의 형성에 앞서, 상기 절연 기판(20)에 비아 홀(미도시)을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 비아 홀(미도시)은 상기 제1 절연체(31)를 형성할 영역 이외의 영역에 형성할 수 있다.

또한, 절연 기판(20)의 중앙 영역에는 기계적 드릴, 레이저 드릴, 샌드 블래스트, 펀칭 가공 등의 방법을 이용하여 코어부(55) 형성을 위한 관통 홀을 형성할 수 있으며, 이러한 관통 홀은 후술할 자성 시트를 적층, 압착 및 경화하는 과정에서 자성 재료로 충진되어 코어부(55)를 형성하게 된다.

본 발명에서는 그 내부에 그루브가 형성된 제1 절연체(31)를 형성하는 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예컨대, 제1 절연체를 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판에 압착한후 노광, 현상에 의해 일정한 패턴을 형성할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

다음으로, 도 4b를 참조하면, 제1 절연체(31)의 그루브 내부에 코일 도체(41,42)를 형성한다. 코일 도체(41,42)의 형성은 전기 도금법에 의할 수 있으며, 도금에 의해 도전성 금속을 충진하여 코일 도체(41,42) 및 이를 연결하는 비아(미도시)를 형성할 수 있다.

코일 도체(41,42) 및 비아(미도시)는 전기 전도성이 뛰어난 도전성 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.

다만, 코일 도체(41,42)의 형성 방법은 이와 같은 도금 공정으로 반드시 제한되는 것은 아니며, 금속 와이어(wire)로 코일부를 형성할 수도 있고, 예컨대 바디 내부에 형성되어 인가되는 전류에 의해 자속을 발생시킬 수 있는 형태라면 적용이 가능하다.

다음으로, 도 4c를 참조하면, 상기 절연 기판(20), 제1 절연체(31) 및 코일 도체(41,42) 상에 이를 둘러싸는 제2 절연체(32)를 형성하여 내부 코일부를 형성한다.

상기 제2 절연체(32)는 스크린 인쇄법, 포토 레지스트(Photo Resist, PR)의 노광, 현상을 통한 공정, 스프레이(spray) 도포 공정, 코일 도체의 화학적 에칭(etching) 등을 통한 산화 등의 방법으로 형성할 수 있다.

다음으로, 도 4d를 참조하면, 내부 코일부의 상부 및 하부에 금속 자성체 분말 및 열경화성 수지를 포함하는 자성체 시트를 적층하고, 압착 및 경화하여 내부 코일부가 매설된 자성체 바디(50)를 형성한다.

상기 자성체 시트는 금속 자성체 분말, 열경화성 수지, 바인더 및 용제 등의 유기물을 혼합하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 닥터 블레이드 법으로 캐리어 필름(carrier film) 상에 수십 μm의 두께로 도포한 후 건조하여 시트형으로 제조할 수 있다.

다음으로, 자성체 바디(50)의 외측에 코일 도체(41,42)와 전기적으로 연결되는 외부 전극(81,82)을 형성할 수 있다. 외부 전극(81,82)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하는 페이스트를 사용하여 형성할 수 있으며, 상기 페이스트는, 예를 들어 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등을 포함하는 전도성 페이스트일 수 있다. 또한, 외부 전극(81,82) 상에 도금층(미도시)을 더 형성할 수 있으며, 이 경우, 상기 도금층은 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 주석(Sn)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni)층과 주석(Sn)층이 순차로 형성될 수 있다.

상기의 설명을 제외하고 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 전자부품(100)의 특징과 중복되는 설명은 여기서는 생략하도록 한다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

20: 절연 기판 31: 제1 절연체
32: 제2 절연체 41,42: 코일 도체
50: 자성체 바디 81,82: 외부 전극
100: 코일 전자부품

Claims

내부 코일부가 매설된 자성체 바디를 포함하는 코일 전자부품에 있어서,
상기 내부 코일부는,
절연 기판;
상기 절연 기판의 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에 형성되고, 그 내부에 그루브가 형성된 제1 절연체;
상기 그루브 내부에 형성된 코일 도체; 및
상기 절연 기판, 제1 절연체 및 코일 도체를 둘러싸는 제2 절연체;
를 포함하고,
상기 그루브의 깊이는 상기 제1 절연체의 두께와 동일한, 코일 전자부품.
제1항에 있어서,
상기 제1 절연체의 두께를 b, 상기 코일 도체의 두께를 a라고 할 때, 하기 식 (1)을 만족하는 코일 전자부품.
식 (1): 0μm < b-a ≤ 40μm
제1항에 있어서,
상기 제1 절연체의 폭을 b'이라고 할 때, 하기 식 (2)를 만족하는 코일 전자부품.
식 (2): 3μm ≤ b' ≤ 50μm
제1항에 있어서,
상기 제2 절연체의 두께를 c라고 할 때, 하기 식 (3)을 만족하는 코일 전자부품.
식 (3): 1μm ≤ c ≤ 20μm
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 절연체는 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(LCP, Liquid Crystalline Polymer)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 코일 전자부품.
제1항에 있어서,
상기 코일 도체는 도금으로 형성된 코일 전자부품.
제1항에 있어서,
상기 자성체 바디는 금속 자성체 분말 및 열경화성 수지를 포함하는 코일 전자부품.
제1항에 있어서,
상기 자성체 바디의 외측에 배치되며, 상기 코일 도체와 전기적으로 연결된 외부 전극;을 더 포함하는 코일 전자부품.
절연 기판의 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에 그 내부에 그루브가 형성된 제1 절연체를 형성하는 단계;
상기 제1 절연체의 그루브 내부에 코일 도체를 형성하는 단계;
상기 절연 기판, 제1 절연체 및 코일 도체를 둘러싸는 제2 절연체를 형성하여 내부 코일부를 형성하는 단계; 및
상기 제2 절연체가 형성된 절연 기판의 상부 및 하부에 자성체 시트를 적층하여 자성체 바디를 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 그루브의 깊이는 상기 제1 절연체의 두께와 동일한, 코일 전자부품의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 절연체의 두께를 b, 상기 코일 도체의 두께를 a라고 할 때, 하기 식 (1)을 만족하는 코일 전자부품의 제조방법.
식 (1): 0μm < b-a ≤ 40μm
제9항에 있어서,
상기 제1 절연체의 폭을 b'이라고 할 때, 하기 식 (2)를 만족하는 코일 전자부품의 제조방법.
식 (2): 3μm ≤ b' ≤ 50μm
제9항에 있어서,
상기 제2 절연체의 두께를 c라고 할 때, 하기 식 (3)을 만족하는 코일 전자부품의 제조방법.
식 (3): 1μm ≤ c ≤ 20μm
제9항에 있어서,
상기 코일 도체는 도금에 의해 형성되는 코일 전자부품의 제조방법.