KR101922883B1

KR101922883B1 - 코일 부품

Info

Publication number: KR101922883B1
Application number: KR1020170104806A
Authority: KR
Inventors: 이환수; 조윤희; 송성민
Original assignee: 삼성전기 주식회사
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2018-11-28
Also published as: US10600550B2; JP2019036702A; US20190057801A1

Abstract

2.4mm³ 이하의 체적을 가지며 적어도 하나의 코일부가 매설된 바디와 상기 바디의 제1 면과 이에 대향하는 제2 면의 전부 또는 일부에 각각 형성된 제1 및 제2 외부 전극을 포함하고, 상기 바디의 제1 및 제2 외부 전극 중 상기 바디의 제1 및 제2 면 상에 배치된 영역의 면적을 S(mm²)라 하고, 상기 바디의 제1 및 제2 면에 형성된 제1 및 제2 외부 전극 간 최소 이격 거리를 l(mm)이라 할 때, Ls(μH)와 S/l(mm)의 곱이 0.45(μH·mm) 이상 0.75(μH·mm) 이하인 코일 부품이 개시된다.

Description

코일 부품 {COIL COMPONENT}

본 발명은 코일 부품에 관한 것이다.

무선 전력 전송 기술의 응용 범위가 넓혀짐에 따라, 전력 증폭기 (Power amplifier) 의 효율을 향상시키기 위한 다양한 시도가 이어져 오고 있으며, 그 중심에 능동 전압 제어를 이용한 엔벨로프트래킹(Envelope Tracking, ET) 기술이 있다.

엔벨로프트래킹(Envelope Tracking, ET) 기술을 구현하기 위한 ET IC (Enveloper Tracker Integrated Circuit) 의 아웃풋(output) 단에는 전력 증폭기 측에 파워를 공급하는 기능을 하면서도 동작시 고주파 노이즈 (50MHz 이상, 예컨대, 80~130MHz) 가 전력 증폭기 측에 전달되지 않도록, 일반적으로 적층 세라믹 커패시터 이외에도 파워 인덕터 (power inductor) 및 비드 (bead) 가 채용되고 있다.

한편, 최근 전자 제품의 소형화 추세에 따라, ET IC (Enveloper Tracker Integrated Circuit) 의 아웃풋(output) 단에 배치되는 파워 인덕터 (power inductor)와 비드 (bead) 의 기능을 동시에 수행할 수 있는 코일 부품을 제공하고자 하는 시도가 진행되고 있는데, 일반적으로 소형의 코일 부품의 경우 SRF (Self Resonant Frequency) 가 지나치게 높은 고주파 영역에서 형성되는 점에서, 자성 재료의 종류 변경 혹은 전극 형상 변경 없이는, 그 구현에 어려움이 있었다.

본 발명의 여러 목적 중 하나는, 파워 인덕터 (power inductor) 와 비드 (bead) 의 기능이 일체화된 소형의 코일 부품을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코일 부품은, 2.4mm³ 이하의 체적을 가지며 적어도 하나의 코일부가 매설된 바디와 상기 바디의 제1 면과 이에 대향하는 제2 면의 전부 또는 일부에 각각 형성된 제1 및 제2 외부 전극을 포함하고, 상기 바디의 제1 및 제2 외부 전극 중 상기 바디의 제1 및 제2 면 상에 배치된 영역의 면적을 S(mm²)라 하고, 상기 바디의 제1 및 제2 면에 형성된 제1 및 제2 외부 전극 간 최소 이격 거리를 l(mm)이라 할 때, Ls(μH)와 S/l(mm)의 곱이 0.45(μH·mm) 이상 0.75(μH·mm) 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 소형이면서도 SRF (Self Resonant Frequency) 가 상대적으로 저주파 영역에서 형성되고, SRF 부근에서 높은 임피던스를 가져, 파워 인덕터 (power inductor) 와 비드 (bead) 의 기능이 일체화된 코일 부품을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 부품을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 부품의 코일부가 나타나도록 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I'면을 따라 절단한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 II-II'면을 따라 절단한 개략적인 단면도이다.
도 5는 용량이 1μH이고, 길이 방향의 양 측면에 각각 제1 및 제2 외부 전극이 형성된 복수의 코일 부품을 대상으로 S/l에 대한 기생 커패시턴스 값을 측정한 그래프이다.
도 6은 도 5의 복수의 코일 부품을 대상으로 S/l에 대한 SRF 값을 측정한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다. 본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예들은 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 실시예(one example)"라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 그러나, 아래 설명에서 제시된 실시예들은 다른 실시예의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 실시예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 전자부품을 설명하되, 특히 박막형 인덕터를 예를 들어 설명하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 권선형 인덕터, 적층형 인덕터 등에도 적용이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 부품을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 부품의 코일부가 나타나도록 도시한 개략적인 사시도이며, 도 3은 도 1의 I-I'면을 따라 절단한 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 1의 II-II'면을 따라 절단한 개략적인 단면도이다.

도 1에 나타난 바를 기준으로 하면, 하기의 설명에서 '길이' 방향은 도 1의 'X' 방향, '폭' 방향은 'Y' 방향, '두께' 방향은 'Z' 방향으로 정의될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 부품은, 코일 도체(12)를 포함하는 코일부(10), 및 코일부 주변에 형성되어 코일 부품의 외관을 구성하는 바디(20), 및 바디의 외부에 배치되는 제1 및 제2 외부전극(31, 32)을 포함하여 구성될 수 있다.

코일부(10)는 코일 기판(11) 및 코일 기판의 일면 및 이에 대향하는 타면에 각각 형성된 제1 및 제2 코일 도체(12a, 12b)를 포함하여 이루어질 수 있다.

제1 및 제2 코일 도체(12a, 12b)는 나선(spiral) 형상을 가지는 평면 코일일 수 있으며, 코일 기판(11)을 관통하는 내부 비아(13)를 통해 전기적으로 접속될 수 있다.

제1 및 제2 코일 도체(12a, 12b)는 코일 기판(11) 상에 전기 도금법에 의해 형성될 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.

제1 및 제2 코일 도체(12a, 12b)는 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 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 코일 도체(12a)의 일 단부는 연장되어 제1 리드(14a)를 형성하며, 상기 제1 리드(14a)는 바디(20)의 길이(L) 방향의 일 단면으로 노출될 수 있다. 또한, 상기 제2 코일 도체(12b)의 일 단부는 연장되어 제2 리드(14b)를 형성하며, 상기 제2 리드(14b)는 바디(20)의 길이(L) 방향의 타 단면으로 노출될 수 있다. 다만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 리드(14a, 14b)는 상기 바디(20)의 적어도 일면으로 노출될 수 있다.

제1 및 제2 코일 도체(12a, 12b)는 코일 절연층(17)으로 피복되어 바디(20)를 이루는 자성 재료와 직접 접촉되지 않을 수 있다. 코일 절연층(17)은 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 기판(11)은 예를 들어, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등일 수 있다.

코일 기판(11)의 중앙부에는 관통 홀이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 관통 홀은 자성 재료로 충진되어 코어부(25)를 형성할 수도 있다. 이와 같이, 자성 재료로 충진되는 코어부(25)를 형성할 경우, 자속이 통과하는 자성체의 면적이 증가하여 인덕턴스(L)를 보다 향상시킬 수 있다.

다만, 코일 기판(11)은 반드시 포함되는 것은 아니며, 코일 기판을 포함하지 않고, 금속 와이어(wire)로 코일부를 형성할 수도 있다.

바디(20)는, 코일부 주변에 형성되어 코일 부품의 외관을 구성하며, 바디(20)는 길이 방향으로 마주보는 양 측면, 폭 방향으로 마주보는 양 측면, 및 두께 방향으로 마주보는 상면 및 하면으로 구성되는 대략 육면체 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

바디(20)는 평균 입경이 상이한 제1 및 제2 자성 파우더(21a, 21b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 자성 파우더(21a, 21b)는 열경화성 수지에 분산되어 포함될 수 있다. 이때, 상기 열경화성 수지는 예를 들어, 에폭시(epoxy) 수지 또는 폴리이미드(polyimide) 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 자성 파우더(21a)는 평균 입경이 0.5~3μm인 Fe계 결정질 파우더이고, 제2 자성 파우더(21b)는 평균 입경이 15~30μm인 FeCrSi계 비정질 파우더일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

여기서, 평균 입경이란 자성 파우더의 입도 별 개수를 측정하여 정규 분포 혹은 이와 유사한 분포 곡선을 도시하였을 때, 빈도수가 가장 큰 지점에서의 자성 파우더의 입경을 의미한다.

한편, 본 실시예에서는 평균 입도가 상이한 2종의 자성 파우더를 갖는 경우를 예시하였으나, 3종 혹은 그 이상의 자성 파우더를 갖는 경우를 배제하는 것은 아니다.

외부전극(31, 32)는 코일 부품이 회로 기판 등에 실장될 때, 코일 부품을 회로 기판 등과 전기적으로 연결시키는 역할 등을 수행하며, 외부 전극(31, 32)은 코일 패턴(12)의 한 쌍의 인출부와 각각 접속되는 제1 및 제2 외부전극(31, 32)을 포함할 수 있다.

외부 전극(31, 32)은 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), 주석(Sn)의 단독 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.

외부전극(31, 32)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 디핑법 (dipping) 혹은 도금법 (plating) 에 의해 형성할 수 있다.

외부전극(31, 32)의 형상 또한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 바디의 길이 방향의 양 측면의 전부 또는 일부에 각각 형성되어 있을 수도 있으며, 길이 방향의 양 측면의 전부 또는 일부에 형성되고, 상기 길이 방향의 양 측면과 연결되는 타면 중 적어도 하나의 면에 연장 형성되어, 알파벳 C자 혹은 알파벳 L자 형상을 가질 수도 있다.

본 발명은 바디의 체적 (길이×폭×두께) 이 2.4mm³ 이하인 (바람직하게는, 2.2mm³ 이하인) 소형의 코일 부품을 대상으로 하며, 이러한 소형 코일 부품의 경우 전술한 바와 같이, 일반적으로 SRF (Self Resonant Frequency) 가 지나치게 고주파 영역 (약 150MHz)에서 형성되는 점에서 구현에 어려움이 있었다. 이에 따라, 바디를 이루는 자성 재료의 종류를 변경하거나 내부 전극 형상을 변경함으로써 SRF를 상대적으로 저주파 영역으로 이동시키려는 시도가 이어져 왔으나, 이 경우, 제품 신뢰성, 실장시 고착 강도 등이 문제되어 상용화가 어려운 문제가 존재하였다.

이에, 본 발명에서는 자성 재료의 종류나 내부 전극 형상 등의 변경 없이, 외부 전극의 형상 등을 조절하여 목적하는 SRF 특성을 구현코자 하며, 이하 이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

하기 식 1은 코일 부품의 SRF 특성에 관한 것이다.

(식 1)

(여기서, L은 인덕턴스를 의미하고, C는 커패시턴스를 의미함)

식 1에 표현된 바와 같이, SRF의 위치를 조절하기 위해서는 기생 커패시턴스의 제어가 요구됨을 알 수 있다.

도 5는 용량이 1μH이고, 길이 방향의 양 측면에 각각 제1 및 제2 외부 전극이 형성된 복수의 코일 부품을 대상으로 S/l에 대한 기생 커패시턴스 값을 측정한 그래프이다.

여기서, S는 바디의 길이 방향의 양 측면 상에 배치된 제1 및 제2 외부 전극의 면적(mm²)을 의미한다. 다시 말해, 제1 및 제2 외부 전극 중 바디의 양 측면에 형성된 부분 중 바디의 양 측면과 중첩되는 영역의 면적(mm²)을 의미한다. 또한, l은 바디의 바디의 양 측면에 형성된 제1 및 제2 외부 전극 간 최소 이격 거리(mm)를 의미한다. 다시 말해, 제1 및 제2 외부 전극이 형성된 바디의 양 측면 간 이격 거리(mm)를 의미한다.

도 5를 참조할 때, S/l과 기생 커패시턴스 간 강한 선형성이 나타남을 확인할 수 있으며, 식 1을 기초로, 코일 부품의 SRF 값은 ~1/sqrt(S/l)를 따를 것으로 예상할 수 있다.

이에, 도 5의 복수의 코일 부품을 대상으로 SRF 값을 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6을 참조할 때, 예상과 유사한 경향을 가짐을 실험적으로 확인할 수 있다.

즉, 도 5 및 도 6의 내용에 따라, 제1 및 제2 외부 전극 중 바디의 양 측면에 형성된 영역 각각의 면적과 제1 및 제2 외부 전극이 형성된 바디의 양 측면 간 이격 거리가 SRF 값에 큰 영향을 미침을 확인할 수 있었다.

한편, 식 1을 참조할 때 SRF는 인덕턴스(Ls) 값에 따라서도 민감하게 변동되는 바 Ls를 0.68~2.2μH의 범위에서 변화시키면서, S/l 값을 다양하게 변화시켜 SRF의 위치가 상대적으로 저주파 영역 (약 95~105MHz) 에 위치시키기 위한 최적의 범위를 도출하고자 시도하였으며, 그 결과, Ls(μH)와 S/l(mm)의 곱을 0.45(μH ·mm) 이상 0.75(μH·mm) 이하로 제어할 경우, 보다 바람직하게는 0.50(μH·mm) 이상 0.70(μH·mm) 이하로 제어할 경우, SRF 가 상대적으로 저주파 영역 (약 95~105MHz) 에 위치됨을 확인할 수 있었다.

ET IC (Enveloper Tracker Integrated Circuit) 의 아웃풋(output) 단에 배치되는 파워 인덕터 (power inductor) 의 경우, SRF 값 (즉, 임피던스의 최대값이 위치하는 주파수) 을 약 100MHz로 위치시켜 Rx (수신단) band noise 를 차단 (blocking) 하고자 하는 니즈 (needs) 가 존재하는 점에서, 본 발명의 코일 부품은 ET IC (Enveloper Tracker Integrated Circuit) 의 아웃풋(output) 단에 배치되는 파워 인덕터 (power inductor) 로 바람직하게 적용될 수 있다.

일 예에 따르면, 바디(20)의 외면 중 제1 및 제2 외부전극(31, 32)이 형성된 영역을 제외한 영역에는 표면 절연층(22)이 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, PMIC 동작시 고주파 대역 (통상 1MHz~SRF 구간) 의 AC Leakage를 줄일 수 있는 장점이 잇다. 이때, 표면 절연층(22)은 에폭시(Epoxy)를 포함할 수 있으며, 약 5μm 정도의 두께를 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 본 명세서에서 제1, 제2 등의 표현은 한 구성요소와 다른 구성요소를 구분 짓기 위해 사용되는 것으로, 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 경우에 따라서는 권리범위를 벗어나지 않으면서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수도 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수도 있다.

본 발명은 상술한 실시예 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.

10: 코일부
11: 코일 기판
12: 코일 도체
12a, 12b: 제1 및 제2 코일 도체
13: 내부 비아
14a, 14b: 제1 및 제2 리드
17: 코일 절연층
20: 바디
21a, 21b: 제1 및 제2 자성 파우더
22: 표면 절연층
25: 코어부
31, 32: 제1 및 제2 외부전극

Claims

2.4mm³ 이하의 체적을 가지며 적어도 하나의 코일부가 매설된 바디와 상기 바디의 제1 면과 이에 대향하는 제2 면의 전부 또는 일부에 각각 형성된 제1 및 제2 외부 전극을 포함하고,
상기 바디의 제1 및 제2 외부 전극 중 상기 바디의 제1 및 제2 면 상에 배치된 영역의 면적을 S(mm²)라 하고, 상기 바디의 제1 및 제2 면에 형성된 제1 및 제2 외부 전극 간 최소 이격 거리를 l(mm)이라 할 때, Ls(μH)와 S/l(mm)의 곱이 0.45(μH·mm) 이상 0.75(μH·mm) 이하인 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 바디의 체적은 2.2 mm³ 이하의 체적을 갖는 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 Ls(μH)와 S/l의 곱이 0.50(μH·mm) 이상 0.70(μH·mm) 이하인 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 Ls는 0.68~2.2μH의 값을 갖는 코일 부품.
제1항에 있어서,
SRF (Self Resonant Frequency) 가 95~105MHz에 위치하는 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 외부 전극은 상기 제1 및 제2 면과 연결되는 타 면 중 적어도 하나의 면에 연장 형성된 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 바디는 평균 입경이 상이한 제1 및 제2 자성 파우더를 포함하는 코일 부품.
제7항에 있어서,
상기 제1 자성 파우더는 1~3μm의 평균 입경을 갖고, 상기 제2 자성 파우더는 20~24μm의 평균 입경을 갖는 코일 부품.
제7항에 있어서,
상기 제1 자성 파우더는 Fe계 결정질 파우더이고, 상기 제2 자성 파우더는 FeCrSi계 비정질 파우더인 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 코일부는,
코일 기판; 및
상기 코일 기판의 일면 및 이에 대향하는 타면에 각각 형성된 제1 및 제2 코일 도체를 포함하는 코일 부품.
제10항에 있어서,
상기 제1 코일 도체는 상기 바디의 제1 면을 통해 노출되도록 연장 형성된 제1 리드를 가지며, 상기 제2 코일 도체는 상기 바디의 제2 면을 통해 노출되도록 연장 형성된 제2 리드를 갖는 코일 부품.
제10항에 있어서,
상기 제1 및 제2 코일 도체는 상기 코일 기판을 관통하는 내부 비아를 통해 서로 연결되는 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 바디의 외면 중 상기 제1 및 제2 외부 전극이 형성된 영역을 제외한 영역에 형성된 표면 절연층을 더 포함하는 코일 부품.