KR101832595B1 - 코일 전자부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 인출부를 가지는 내부 코일을 매설하며 자성 물질과 수지의 혼합물을 포함하는 바디, 상기 바디의 외부면에 배치되며 상기 내부 코일의 인출부와 전기적으로 연결되는 외부전극을 포함하고, 상기 내부 코일은 평각선 구조를 가지고, 상기 바디는 상기 내부 코일에 의해 감아지는 영역의 코어 영역과, 상기 내부 코일의 외표면과 인접하는 마진 영역을 포함하고, 상기 바디 내 충진되는 상기 혼합물의 수지의 함량은 바디 내 위치에 따라 상이한 코일 전자부품에 관한 것이다.

Description

코일 전자부품{COIL ELECTRONIC COMPONENT}

본 발명은 코일 전자부품, 예를 들어, 파워 인덕터에 관한 것이다.

최근 전자제품 세트(set)의 복합, 다기능화에 따라 전자부품에 대한 요구 수준이 소형화, 대전류화, 고용량화되어 가고 있다.

파워 인덕터의 소형화를 위하여 코일의 사이즈를 줄이게 되면, 코일 내부의 자성 코어(core) 가 형성되는 바디 영역의 부피도 감소한다.

그런데, 자성 코어가 형성되는 바디 영역의 부피가 감소하면 외부 응력이나 열충격에 취약해지는 문제가 있다.

하기의 특허문헌 1 은 소형화 및 박형화의 요구에 따라 전기적 특성이 우수한 고성능의 코일 장치를 구현하려는 시도를 하지만 바디 구조를 종래 기술과 차별화하지는 못한다.

일본 특허공개공보 제2008-166455호

본 발명은 자성 코어(core) 가 형성되는 바디 영역의 파괴 강도를 개선시키면서 인덕턴스의 감소를 최소화한 코일 전자부품을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 일 예에 따른 코일 전자부품은 적어도 하나의 인출부를 가지는 내부 코일을 매설하며 자성 물질과 수지의 혼합물을 포함하는 바디, 및 상기 바디의 외부면에 배치되며 상기 내부 코일의 인출부와 전기적으로 연결되는 외부전극을 포함한다. 상기 내부 코일은 평각선 구조를 가진다. 상기 바디는 상기 내부 코일에 의해 감아지는 영역의 코어 영역과, 상기 내부 코일의 외표면과 인접하는 마진 영역을 포함하고, 상기 바디 내 충진되는 상기 혼합물의 수지의 함량은 바디 내 위치에 따라 상이하다.

본 발명은 바디의 코어 영역의 부피 감소에 따른 외부 응력 증가 및 열충격의 증가의 문제를 해결하는 구조를 가지는 코일 전자부품을 제공할 수 있다.

본 발명은 파괴 강도를 개선시키면서 인덕턴스 감소를 최소화하는 구조의 코일 전자부품을 제공할 수 있다.

본 발명은 직류 저항(Rdc)을 감소시키고 인덕턴스(Ls)를 증가시키는 코일 전자부품을 제공할 수 있다.

도1 은 본 발명의 일 예에 따른 코일 전자부품에 대한 개략적인 사시도이다.
도2a 는 도1 의 I-I'선을 절단한 단면도를 나타내고, 도2b 는 종래 인덕터에 따른 단면도를 나타낸다.
도3a 는 도1 의 Ⅱ-Ⅱ'선을 절단한 단면도를 나타내고, 도3b 는 종래 인덕터에 따른 단면도를 나타낸다.

이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일 예에 따른 코일 전자부품을 설명하되, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

코일 전자부품

도1 은 본 발명의 일 예에 따른 코일 전자부품의 개략적인 사시도이고, 도2a는 도1 의 I-I'을 절단한 단면도이고, 도3a 는 도1 의 Ⅱ-Ⅱ'을 절단한 단면도이다.

도1 을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 코일 전자부품(100)은 자성 물질과 수지의 혼합물을 포함하는 바디(1)와 그 바디의 외부면에 배치되는 외부전극을 포함한다.

상기 바디 내에는 적어도 하나의 인출부를 가지는 내부 코일(2)이 매설된다.

상기 내부 코일(2)은 평각선 구조를 가질 수 있다. 통상적으로 칩 부품의 사이즈가 소형화되면서 내부에 매설되는 코일의 사이즈도 함께 감소하는데, 이 경우, 직류 저항(Rdc)이 증가되는 문제가 발생한다. 이 같이, 직류 저항(Rdc)이 증가되면 칩 부품의 리플 커런트(ripple current)의 문제가 발생한다.

그래서, 본 발명의 일 예에 따른 코일 전자부품은 바디 내 매설되는 내부 코일(2)이 평각선 구조를 가지도록 한다. 종래의 환선 구조를 가지는 코일에서 평각선 구조를 가지는 코일로 변경되면서 동일 권선수(turns)에서도 코일 간의 인접하는 단면적이 증가되고, 코일의 자성 코어 이외 바디의 마진 영역이 추가로 확보될 수 있는 것이다. 그 결과, 코일 전자부품의 사이즈를 최소화하면서도 인덕턴스를 개선할 수 있다.

상기 내부 코일은 전기 전도성이 우수한 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.

상기 내부 코일은 스파이럴(spiral)형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 바디 내에 배치되어 인가되는 전류에 의해 자속을 발생시킬 수 있는 형태라면 적용 가능하다.

상기 내부 코일은 알파(alpha) 권선 구조를 가질 수 있다. 이러한 알파(alpha) 권선 구조는 평각선 구조를 가지는 코일을 자성체 코어에 권선할 때 특히 유리하다.

다만, 코일의 단면적이 큰 평각선 구조를 가지는 내부 코일을 알파 권선법에 의하여 권취하면 기존 환선 구조를 가지는 코일을 권취하는 것과 대비하여 자심에 스트레스(stress)가 많이 걸리게 되므로, 자심의 강성 확보가 필수적이다.

따라서, 본 발명의 일 예에 따른 코일 전자부품은 바디 내 코어 영역과 그 외 마진 영역 간의 물성을 차별화하여 자심의 강성을 확보하면서도 인덕턴스 값을 유지하였는바, 그에 대한 자세한 설명은 후술한다.

한편, 상기 바디(1) 는 두께(T) 방향으로 서로 마주하는 상면 및 하면, 길이(L) 방향으로 서로 마주하는 제1 면 및 제2 면, 폭(W) 방향으로 서로 마주하는 제3 면 및 제4 면을 포함하여 실질적으로 육면체 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 바디(1) 는 자성 분말과 수지의 혼합물이 충진되어 형성될 수 있고, 외형을 결정할 수 있다.

상기 바디 내 함유되는 자성 분말은 철(Fe), 규소(Si), 붕소(B), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니오븀(Nb) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 결정질 또는 비정질 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 분말은 Fe-Si-B-Cr계 비정질 금속일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 바디 내 함유되는 수지는 열경화성 수지일 수 있고, 예를 들어, 에폭시(epoxy) 수지 또는 폴리이미드(polyimide) 등일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 예에 따른 바디(1)는 코일에 의해 감싸지는 영역의 코어 영역(11)과 상기 내부 코일의 외표면과 인접하는 마진 영역(12)을 포함한다.

상기 코어 영역(11)은 코일의 사이즈가 작아질수록 작은 부피를 가지게 되는데, 이 경우, 코어 영역의 부피가 감소할수록 외부 응력이나 열충격에 취약해진다.

상기 코어 영역(11)의 파괴 강도를 증가시키기 위해서는 코어 영역과 상기 코어 영역을 제외한 마진 영역 간의 차별화된 구조를 배치할 필요가 있는데, 이는, 도2a 및 도3a 에 대한 설명을 통해 구체적으로 살펴본다.

도2a 및 도3a 를 참조하면, 바디(1)는 코어 영역(11)과 마진 영역(12)을 포함한다. 상기 코어 영역(11)은 코일에 의해 감싸지는 영역으로 정의될 수 있고, 상기 마진 영역(12)은 상기 바디 중 코어 영역을 제외한 영역으로서, 코일의 외표면과 인접하는 영역으로 정의될 수 있다.

상기 코어 영역(11)은 상기 마진 영역(12) 보다 더 큰 수지의 함량을 가질 수 있다. 이는, 부품의 소형화에 따라 코어 영역의 부피가 감소되고, 그에 따라 외부 응력이나 열충격에 취약해지는 문제가 있으며, 이러한 문제를 해소하기 위하여 코어 영역 내 수지의 함량을 더 크게 제어한 것이다. 다만, 바디 내 코어 영역의 수지의 함량을 증가시킬 경우, 코어 영역의 파괴 강도는 증가하지만 전체적인 코일 전자 부품의 인덕턴스가 감소될 수 있는바, 상기 코어 영역 내 함유되는 수지의 함량과 마진 영역 내 함유되는 수지의 함량을 조절할 필요가 있다.

코어 영역(11) 내 함유되는 수지의 함량을 증가시키고, 마진 영역(12) 내 함유되는 수지의 함량은 상기 코어 영역 내 함유되는 수지의 함량보다 적게 하여, 상대적으로 마진 영역의 자성 분말의 충진율을 더 높게 할 수 있고, 그 결과 투자율을 증가시킬 수가 있다. 이 경우, 상기 바디 내 마진 영역의 혼합물 중 수지의 함량은 마진 영역 내 임의의 지점에서 균일하게 분포되는 것이 바람직하다.

코어 영역과 마진 영역 내의 수지의 함량을 차별화하는 방법은 제한이 없으며, 예를 들어, 수지 함량이 높은 별도의 자성 코어를 만들고, 그 자성 코어에 코일을 감은 후, 상기 자성 코어와 코일의 복합체에 상대적으로 수지 함량이 낮은 자성 슬러리(slurry)를 부어서 바디의 외형을 형성하거나, 이미 형성된 코일의 내부에 수지 함량이 상대적으로 높은 자성 슬러리를 주입(inject)하고, 상기 코일과 자성 코어의 복합체에 상대적으로 수지 함량이 낮은 자성 슬러리(slurry)를 부어서 바디의 외형을 형성할 수 있다.

한편, 코어 영역의 파괴 강도와 코일 전자부품의 인덕턴스를 동시에 개선하기 위해서는 코어 영역 내 수지 함량이 마진 영역 내 수지 함량의 1.5배 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

하기의 표1 은 마진 영역(12) 내 수지 함량비(b)에 대한 코어 영역(11) 내 수지 함량비(a)의 변화에 따른 인덕턴스(Ls)의 변화를 나타낸다.

수지 함량비 (코어영역 내 수지 함량비a/마진영역 내 수지 함량비 b)	인덕턴스(Ls) 변화율
1	100%
1.1	99%
1.3	98%
1.5	95%
1.6	68%

상기 표1 을 참조하면, 마진 영역 내 수지 함량비에 대한 코어 영역 내 수지 함량비가 1.5배 보다 더 큰 경우, 인덕턴스가 급격하게 감소되는 것을 알 수 있다.

따라서, 마진 영역 내 수지 함량비에 대한 코어 영역 내 수지 함량비를 1초과 1.5이하로 하는 것이, 코어 영역의 파괴 강도를 개선하면서, 실질적으로 수지의 함량을 차별화하지 않는 종래 코일 전자부품의 인덕턴스와 동일한 수준의 인덕턴스를 구현할 수 있어서 바람직하다.

반면, 상기 표1 을 참조하면, 마진 영역 내 수지 함량비와 코어 영역 내 수지 함량비를 1 로 하는 것은 전체 바디의 수지 함량을 차별화없이 가져가는 경우이다.

이러한 종래 코일 전자부품은 도2b 와 도3b 을 참조하여 설명한다.

도2b 및 도3b 를 참조하면, 코일의 내부에 위치하는 코어 영역과 코일의 외부에 위치하는 마진 영역의 수지 함량은 실질적으로 동일하다. 이 경우, 코어 영역이 적당한 부피를 확보하고 파괴 강도를 충분히 확보할 수 있는 경우는 문제가 없으나, 코일의 사이즈가 작아져서 코어 영역의 부피가 감소하게 되고, 그 결과 파괴 강도가 급격하게 감소하는 경우에는 문제가 발생할 수 있는 것이다.

본 발명의 일 예에 따르면 바디의 코어 영역의 부피 감소에 따른 외부 응력 증가 및 열충격의 증가의 문제를 해결하고, 파괴 강도를 개선시키면서 인덕턴스 감소를 최소화하는 구조의 코일 전자부품이 제공될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태 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.

한편, 본 개시에서 사용된 "일 예"라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그러나, 상기 제시된 일 예들은 다른 일례의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일예에서 설명된 사항이 다른 일예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일례에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.

한편, 본 개시에서 사용된 용어는 단지 일예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

100: 코일 전자부품
1: 바디
11: 코어 영역
12: 마진 영역
2: 내부 코일

Claims (10)

1. 적어도 하나의 인출부를 가지는 내부 코일을 매설하며 자성 물질과 수지의 혼합물을 포함하는 바디; 및
   상기 바디의 외부면에 배치되며 상기 내부 코일의 인출부와 전기적으로 연결되는 외부전극; 을 포함하고,
   상기 내부 코일은 평각선 구조를 가지고,
   상기 바디는 상기 내부 코일에 의해 감아지고, 내부 코일의 코어 중심을 포함하는 코어 영역과, 상기 내부 코일의 외표면과 인접하는 마진 영역을 포함하고,
   상기 코어 영역과 상기 마진 영역의 각각은 자성 물질을 포함하고,
   상기 바디 내 충진되는 상기 혼합물의 수지의 함량은 바디 내 위치에 따라 상이하고, 상기 코어 영역 내 수지의 함량은 상기 마진 영역 내 수지의 함량의 1.0 배 초과 1.5 배 이하인,
   코일 전자부품.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 내부 코일은 알파(alpha) 권선 구조를 가지는,
   코일 전자부품.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 바디 내 마진 영역의 혼합물 중 수지 함량은 균일하게 분포하는,
   코일 전자부품.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 코어 영역의 파괴 강도(breaking strength)는 상기 마진 영역의 파괴 강도보다 더 큰,
   코일 전자부품.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 코어 영역의 자성 물질과 상기 마진 영역의 자성 물질은 서로 동일한 조성을 가지는,
   코일 전자부품.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 코어 영역의 수지와 상기 마진 영역의 수지는 서로 동일한 조성을 가지는,
   코일 전자부품.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 코어 영역 내 함유되는 자성 물질은 상기 마진 영역 내 함유되는 자성 물질보다 더 큰 투자율을 가지는,
   코일 전자부품.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 두께 방향으로 서로 마주하는 상면 및 하면, 길이 방향으로 서로 마주하는 제1 면 및 제2 면, 폭 방향으로 서로 마주하는 제3 면 및 제4 면을 포함하고,
    상기 내부 코일의 상면 및 하면은 상기 바디의 상면 및 하면으로부터 각각 동일한 거리만큼 이격되도록 배치되고,
    상기 코어 영역의 상면 및 하면은 상기 내부 코일의 상면 및 하면과 동일한 평면 상에 배치되는,
    코일 전자부품.
    

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