KR101883043B1 - 코일 부품 - Google Patents

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KR101883043B1
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Abstract

본 발명은 코일부가 내부에 배치된 바디 및 상기 바디의 외주면에 배치되며, 상기 코일부와 접속된 외부전극을 포함하며, 상기 코일부는 상기 바디의 폭 방향으로 마주보는 면 중 적어도 1면 이상으로 노출되며, 노출된 코일부 상에 배치된 절연층을 더 포함하는 코일 부품에 관한 것이다.

Description

코일 부품{Coil electronic component}
본 발명은 코일 부품에 관한 것이다.
코일 부품 중 하나인 인덕터(inductor)는 저항, 커패시터와 더불어 전자회로를 이루어 노이즈(Noise)를 제거하는 대표적인 수동소자이다.
인덕터는 자성 재료를 포함하는 바디 내에 내부 코일부를 형성한 후, 바디의 외측에 외부전극을 형성하여 제조한다.
전자 제품의 소형화, 슬림화 및 다기능화에 따라 인덕터 부품의 경우도 소형화, 슬림화에 대한 요구가 증가하고 있다. 칩 형태의 파워 인덕터는 주로 휴대 기기 내에서 DC-DC 컨버터와 같은 전원 회로에 사용되며, 개발 방향은 소형화, 고전류화 및 낮은 직류 저항에 맞추어져 있다. 이를 달성하기 위하여 작은 사이즈에서도 DC BIAS 특성이 우수한 파워 인덕터의 개발이 필요하다.
일본공개특허 제2006-278479호
본 발명은 바디 내의 코일부를 바디의 외부로 노출하여 그 노출을 방지하기 위한 마진을 제거함으로써, DC BIAS 특성이 우수한 코일 부품에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 코일부가 내부에 배치된 바디 및 상기 바디의 외주면에 배치되며, 상기 코일부와 접속된 외부전극을 포함하며, 상기 코일부는 상기 바디의 폭 방향으로 마주보는 면 중 적어도 1면 이상으로 노출되며, 노출된 코일부 상에 배치된 절연층을 더 포함하는 코일 부품을 제공한다.
본 발명에 따르면, 바디 내의 코일부를 바디의 외부로 노출하여 그 노출을 방지하기 위한 마진을 제거함으로써, 코어부의 면적을 최대로 확보할 수 있어, DC BIAS 특성이 우수한 코일 부품을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 부품의 내부 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 코일 전자부품의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 DC BIAS 특성을 비교한 그래프이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 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 실시형태에 따라 제조된 코일 부품을 설명하되, 특히 박막형 인덕터로 설명하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 부품의 내부 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 코일 전자부품의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 코일 부품의 일 예로써 전원 공급 회로의 전원 라인에 사용되는 박막형 인덕터가 개시된다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 부품(100)에 있어서, '길이' 방향은 도 1의 'L' 방향, '폭' 방향은 'W' 방향, '두께' 방향은 'T' 방향으로 정의하기로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 부품(100)은 바디(50), 상기 바디(50)의 내부에 매설된 코일부(41, 42), 상기 바디(50)의 제 1 및 제 2 측면에 배치된 절연층(51), 상기 바디(50)의 외주면에 배치되며, 상기 코일부(41, 42)와 접속된 외부전극(81, 82)을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 부품(100)의 바디(50)는 내부에 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)를 포함한다.
상기 바디(50)의 내부에 배치된 절연 기판(20)의 일면에 평면 코일 형상의 제 1 코일부(41)가 형성되고, 상기 절연 기판(20)의 일면과 대향하는 타면에 평면 코일 형상의 제 2 코일부(42)가 형성된다.
상기 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)는 절연 기판(20) 상에 전기 도금을 수행하여 형성할 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)는 나선(spiral) 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 절연 기판(20)의 일면과 타면에 형성된 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)는 상기 절연 기판(20)을 관통하여 형성되는 비아(미도시)를 통해 전기적으로 접속된다.
상기 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)와 비아는 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 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.
상기 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)는 절연막(미도시)으로 피복되어 바디(50)를 이루는 자성 재료와 직접 접촉되지 않을 수 있다.
상기 절연 기판(20)은 예를 들어, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등으로 형성된다.
상기 절연 기판(20)의 중앙부는 관통되어 관통 홀을 형성하고, 상기 관통 홀은 자성 재료로 충진되어 코어부(55)를 형성한다. 자성 재료로 충진되는 코어부(55)를 형성함에 따라 인덕턴스(L)를 향상시킬 수 있다.
다만, 상기 절연 기판(20)은 반드시 포함되는 것은 아니며, 절연 기판을 포함하지 않고, 코일부를 형성할 수도 있다.
상기 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)는 나선(spiral) 형상의 코일 패턴부와 상기 코일 패턴부의 단부와 연결되며 상기 바디(50)의 일면으로 노출되는 인출부를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 인출부는 상기 코일 패턴부의 일 단부가 연장되어 형성되며, 상기 바디(50)의 일면으로 노출되어 바디(50)의 외주면에 배치된 제 1 및 제 2 외부전극(81, 82)과 연결된다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제 1 코일부(41)의 인출부는 바디(50)의 길이(L) 방향의 일 단면으로 노출되고, 제 2 코일부(42)의 인출부는 바디(50)의 길이(L) 방향의 타 단면으로 노출된다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 부품(100)의 바디(50)는 금속 자성체 분말을 포함한다. 다만, 이에 반드시 제한되는 것은 아니며, 자기 특성을 나타내는 자성 분말이라면 포함할 수 있다.
상기 금속 자성체 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 금속 자성체 분말은 Fe-Si-B-Cr계 비정질 금속일 수 있다.
상기 금속 자성체 분말은 에폭시(epoxy) 수지 또는 폴리이미드(polyimide) 등의 열경화성 수지에 분산된 형태로 포함된다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 부품(100)의 바디(50)는 길이(L) 방향으로 서로 마주보는 제 1 및 제 2 단면과, 상기 제 1 및 제 2 단면을 연결하며 폭(W) 방향으로 서로 마주보는 제 1 및 제 2 측면과, 두께(T) 방향으로 서로 마주보는 상면과 하면을 가진다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 코일부(41, 42)는 상기 바디(50)의 폭 방향으로 마주보는 면 중 적어도 1면 이상으로 노출된다.
일반적으로, 인덕터의 구조는 코일부 외측 부분의 자성 재료의 부피를 확보하고 코일부의 노출을 방지하기 위하여 바디의 폭 방향으로 마주보는 면에서 코일부의 외측 부분까지 일정 거리, 즉 마진부를 가진다.
그러나, 코일 부품이 소형화되고 고용량이 필요한 경우 코일의 선폭을 최소로 하더라도 상기 마진부를 확보하기 위하여 내부 코어부의 면적을 충분히 확보할 수 없다.
따라서, 내부 코어부에 마그네틱 플럭스(Magnetic Flux)가 포화(Saturation)되어 DC BIAS 특성이 저하되는 문제가 있다.
DC BIAS 특성은 파워 인덕터에서 DC 전류가 인가되어 초기 인덕턴스 값이 특정치 이하로 감소할 때의 전류로서, 초기 인덕턴스 대비 30%의 감소가 발생되는 전류로 정의한다.
DC 전류에 따른 인덕턴스의 감소는 자성 재료의 자기적 특성의 변화에 기인한 것으로서, 자성 재료는 일정치의 자기적 에너지를 저장할 수 있으나 그 이상의 영역에서 자성 재료의 투자율은 감소하게 되고 인덕턴스 또한 감소한다.
일반적으로 코일 부품에서 고용량을 구현하는데 있어 구현 가능한 코일 폭에는 제한이 있고, 코일의 턴 수도 내부 코어부의 면적 확보를 위하여 무작정 증가시킬 수 없는 문제점이 있다.
만약, 내부 코어부의 면적을 고려하지 않고 코일의 턴 수를 증가시킨다면 내부 코어부에 마그네틱 플럭스(Magnetic Flux)가 포화(Saturation)되어 오히려 인덕턴스가 감소하게 된다.
이러한 문제로 인하여 주어진 부피에서 내부 코어부의 면적을 확보하여 DC BIAS 특성을 향상시키는 것에는 한계가 있었다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 코일부(41, 42)는 상기 바디(50)의 폭 방향으로 마주보는 면 중 적어도 1면 이상으로 노출되도록 함으로써, DC BIAS 특성이 우수한 코일 부품을 구현할 수 있다.
구체적으로, 바디(50) 내의 코일부(41, 42)를 바디(50)의 외부로 노출하여, 코일부의 노출을 방지하기 위하여 형성하는 바디의 폭 방향으로 마주보는 면에서 코일부의 외측 부분까지의 일정 거리, 즉 마진부를 제거함으로써, 코어부의 면적을 최대로 확보할 수 있어, DC BIAS 특성이 우수한 코일 부품을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 2에서와 같이 상기 코일부(41, 42)는 상기 바디(50)의 폭 방향으로 마주보는 양면으로 노출될 수 있다.
상기 노출된 코일부(41, 42) 상에는 절연층(51)이 배치된다.
상기 절연층(51)은 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 절연층(51)은 에폭시(epoxy) 수지 또는 폴리이미드 (polyimide) 등의 열경화성 수지를 포함할 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니며, 절연 효과를 가진 것이라면 적용 가능하다.
상기 절연층(51)은 열경화성 수지를 코일부(41, 42)가 노출된 바디(50)의 폭 방향 제 1 및 제 2 측면에 도포한 후, 경화하여 형성할 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
즉, 상기 절연층(51)은 코일부(41, 42)가 노출된 바디(50)의 폭 방향 제 1 및 제 2 측면에 코팅하는 방법으로 형성하여도 된다.
상기 절연층(51)은 금속 자성체 분말을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층(51)이 금속 자성체 분말을 더 포함함으로써 보다 더 고용량을 구현할 수 있다.
상기 절연층(51)은 금속 자성체 분말을 3 내지 70 중량% 포함할 수 있다.
상기 절연층(51)이 금속 자성체 분말을 3 중량% 미만으로 포함하는 경우 용량 증가의 효과가 미비할 수 있으며, 70 중량%를 초과하는 경우 용량 증가율이 작고, 외관 불량이 발생할 수 있다.
상기 절연층(51)은 상기 바디(50)의 폭 방향 제 1 및 제 2 측면 전체에 형성될 수 있다.
바디(50)의 제 1 및 제 2 측면으로 노출되는 코일부(41, 42)을 효과적으로 절연시키기 위해서 상기 절연층(51)을 제 1 및 제 2 측면 전체에 형성하는 것이 바람직하다. 다만, 이에 반드시 제한되는 것은 아니며, 제 1 및 제 2 측면의 일부에만 절연층(51)이 형성될 수도 있다.
상기 절연층(51)의 두께는 10㎛ 미만일 수 있다.
상기 절연층(51)의 두께(t)가 10㎛를 초과할 경우 절연층(51)이 차지하는 체적이 너무 증가하여 소형화 및 고용량 코일 부품 구현이 어려울 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 코일부(41, 42)의 내측에 형성된 코어부(55)의 길이-폭 방향의 단면의 면적을 S1 및 상기 코일부(41, 42)의 외측의 바디(50)의 길이-폭 방향의 단면의 면적의 합을 S2라 할 때, S2〈 S1 를 만족한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 종래의 코일 부품의 코일부의 형상과는 달리 코일부(41, 42)의 내측에 형성된 코어부(55)의 면적을 극대화하는 형상을 갖기 때문에, 상기 코일부(41, 42)의 내측에 형성된 코어부(55)의 길이-폭 방향의 단면의 면적(S1)이 상기 코일부(41, 42)의 외측의 바디(50)의 길이-폭 방향의 단면의 면적의 합(S2)보다 더 클 수 있다.
이와 같은 구조로 인하여, 코어부의 면적을 최대로 확보할 수 있어, DC BIAS 특성이 우수한 코일 부품을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 코일부(41, 42)는 장축 대비 단축의 비율이 0.6 이상일 수 있다.
종래의 코일 부품의 코일부의 형상과는 달리 코일부(41, 42)의 내측에 형성된 코어부(55)의 면적을 극대화하는 형상을 갖기 때문에, 상기 코일부(41, 42)는 장축 대비 단축의 비율이 0.6 이상일 수 있다.
상기 코일부(41, 42)의 장축 대비 단축의 비율이 0.6 이상을 만족할 경우, 상기 코일부(41, 42)의 형상은 일반적인 코일 부품의 코일부 형상인 타원형이 아닌 원형에 가깝게 될 수 있다.
상기 코일부(41, 42)의 장축 대비 단축의 길이비가 0.6 미만의 경우에는 종래의 인덕터 코일의 형상과 유사하게 타원형이 되기 때문에 DC BIAS 특성 향상 효과가 없을 수 있다.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 3을 참조하면, 절연 기판(20)의 일면과 타면에 형성된 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)는 상기 절연 기판(20)을 관통하여 형성되는 비아(45)를 통해 전기적으로 접속된다.
상기 제 1 및 제 2 코일부(41, 42)는 상기 바디(50)의 폭 방향으로 마주보는 양면으로 노출될 수 있다.
상기 노출된 제1 및 제2 코일부(41, 42) 상에는 절연층(51)이 배치된다.
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 DC BIAS 특성을 비교한 그래프이다.
본 발명의 실시예와 비교예는 1008 사이즈, 두께 0.65 mm (길이×폭×두께가 1.0mm×0.8mm×0.65mm)인 파워 인덕터 기종을 적용하였다.
구체적으로, 본 발명의 실시예와 비교예의 코일의 폭은 바디의 측면 인접 외측부와 코어부 인접 외측부의 폭이 40 μm이고, 상기 외측부의 내부에 배치된 코일 내측부의 폭이 30 μm로 동일하고, 코일의 두께는 실시예의 경우 170μm이고, 비교예의 경우 160μm를 적용하여 제작하였다.
또한, 상기 코일의 턴수는 실시예와 비교예 모두 동일하게 8.5턴으로 제작하였다.
본 발명의 실시예는 코일부가 바디의 폭 방향 측면으로 노출되도록 제작하여 마진부가 없는 (마진부의 폭 0 μm) 구조로 제작하였으며, 비교예의 경우에는 종래의 구조로서 마진부의 폭이 60 μm로 제작하였다.
인덕턴스(L)는 비교예의 경우 0.34109 μH 이고, 실시예의 경우 0.34504 μH로 측정되었다.
직류 저항값(Rdc)은 비교예의 경우 56.30 mΩ 이고, 실시예의 경우 56.66 mΩ으로 측정되었다.
포화 전류값(Isat)은 비교예의 경우 1.45 A 이고, 실시예의 경우 1.95 A로 측정되었다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라 코일부가 바디의 폭 방향 양 측면 중 적어도 1면 이상으로 노출되도록 배치한 실시예의 경우 종래의 구조와 같이 폭 방향 측면에서 코일부의 외측부까지 일정 거리 즉, 마진부를 갖는 비교예에 비하여 약 35% 정도의 DC BIAS 특성 향상 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 실시 형태에 의해 한정되는 것이 아니며, 당 기술분야의 통상의 지 식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환 및 변형이 가능하고 동일하거나 균등한 사상을 나타내는 것이라면, 본 실시예에 설명되지 않았더라도 본 발명의 범위 내로 해석되어야 할 것이고, 본 발명의 실시형태에 기재되었지만 청구범위에 기재되지 않은 구성 요소는 본 발명의 필수 구성요소로서 한정해석되지 아니한다.
100 : 코일 부품
20 : 절연 기판
41, 42 : 제 1 및 제 2 코일부
50 : 바디
51: 절연층
55 : 코어부
81, 82 : 제 1 및 제 2 외부전극

Claims (7)

  1. 코일부가 내부에 배치된 바디; 및
    상기 바디의 외주면에 배치되며, 상기 코일부와 접속된 외부전극;을 포함하며,
    상기 코일부는 상기 바디의 폭 방향으로 마주보는 면 중 적어도 1면 이상으로 노출되며, 노출된 코일부 상에 배치된 절연층을 더 포함하며, 상기 절연층은 금속 자성체 분말을 포함하고, 상기 절연층의 두께는 10㎛ 미만인 코일 부품.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코일부의 내측에 형성된 코어부의 길이-폭 방향의 단면의 면적을 S1 및 상기 코일부의 외측의 바디의 길이-폭 방향의 단면의 면적의 합을 S2라 할 때, S2〈 S1 를 만족하는 코일 부품.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 열경화성 수지를 포함하는 코일 부품.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 코일부는 장축 대비 단축의 비율이 0.6 이상인 코일 부품.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 코일부는 상기 바디의 폭 방향으로 마주보는 양면으로 노출되는 코일 부품.
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