KR102029543B1 - 코일 전자 부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품은 코일부가 내설되며 절연체에 자성 입자가 분산된 형태를 갖는 바디와, 상기 코일부의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제1 원자층 증착층과, 상기 제1 원자층 증착층의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제2 원자층 증착층 및 상기 코일부와 접속된 외부 전극을 포함한다.
Description
본 발명은 코일 전자 부품에 관한 것이다.
디지털 TV, 모바일 폰, 노트북 등과 같은 전자 기기의 소형화 및 박형화에 수반하여 이러한 전자 기기에 적용되는 코일 전자 부품에도 소형화 및 박형화가 요구되고 있으며, 이러한 요구에 부합하기 위하여 다양한 형태의 권선 타입 또는 박막 타입의 코일 전자 부품의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.
코일 전자 부품의 소형화 및 박형화에 따른 주요한 이슈는 이러한 소형화 및 박형화에도 불구하고 기존과 동등한 특성을 구현하는 것이다. 이러한 요구를 만족하기 위해서는 자성물질이 충전되는 코어에서 자성물질의 비율을 증가시켜야 하지만, 인덕터 바디의 강도, 절연성에 따른 주파수 특성 변화 등의 이유로 그 비율을 증가시키는 것에 한계가 있다.
코일 전자 부품을 제조하는 일 예로서, 자성 입자와 수지 등을 혼합한 시트를 코일에 적층한 후 가압하여 바디를 구현하는 방법이 이용되고 있는데, 이러한 자성 입자로서 페라이트나 금속 등을 사용할 수 있다. 금속 자성 입자를 사용하는 경우에는 코일 전자 부품의 투자율 특성 등의 측면에서 입자의 함량을 증가시키는 것이 유리하지만, 이 경우 바디의 절연성이 저하되어 항복 전압(breakdown voltage) 특성이 저하될 수 있다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는 바디와 코일 패턴 사이의 전기 절연성이 개선되어 전기적, 자기적 특성이 향상될 수 있는 코일 전자 부품을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 예를 통하여 코일 전자 부품의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 코일부가 내설되며 절연체에 자성 입자가 분산된 형태를 갖는 바디와, 상기 코일부의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제1 원자층 증착층과, 상기 제1 원자층 증착층의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제2 원자층 증착층 및 상기 코일부와 접속된 외부 전극을 포함하는 구조이다.
일 실시 예에서, 상기 제1 원자층 증착층은 0.5um 이하의 두께를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 원자층 증착층은 0.5um 이하의 두께를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 원자층 증착층은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 원자층 증착층은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 코일부를 이루는 물질은 상기 제1 원자층 증착층을 이루는 물질보다 열팽창계수가 크고, 상기 제1 원자층 증착층을 이루는 물질은 상기 제2 원자층 증착층을 이루는 물질보다 열팽창계수가 클 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 원자층 증착층은 Al2O3를 포함하며, 상기 제2 원자층 증착층은 SiO2를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 코일부는 Cu를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 코일부에서 인접한 코일 패턴 사이에는 상기 자성 입자가 충진되는 형태일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 코일부에서 인접한 코일 패턴 사이에는 상기 제1 원자층 증착층만이 형성된 형태일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 자성 입자는 도전성을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 자성 입자는 Fe계 합금을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 절연체는 절연성 수지일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 코일 전자 부품의 경우, 바디와 코일 패턴 사이의 전기 절연성이 개선되어 전기적, 자기적 특성이 향상될 수 있다.
도 1은 전자 기기에 적용되는 코일 전자 부품의 예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태의 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4는 원자층 증착에 의하여 박막이 형성되는 원리를 나타내는 모식도이다.
도 5는 변형 예에 따른 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태의 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4는 원자층 증착에 의하여 박막이 형성되는 원리를 나타내는 모식도이다.
도 5는 변형 예에 따른 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
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 통상의 기술자에게 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.
전자 기기
도 1은 전자 기기에 적용되는 코일 전자 부품의 예를 개략적으로 도시한다.
도면을 참조하면, 전자 기기에는 다양한 종류의 전자 부품들이 사용되는 것을 알 수 있으며, 예를 들면, Application Processor 를 중심으로, DC/DC, Comm. Processor, WLAN BT / WiFi FM GPS NFC, PMIC, Battery, SMBC, LCD AMOLED, Audio Codec, USB 2.0 / 3.0 HDMI, CAM 등이 사용될 수 있다. 이때, 이러한 전자 부품 사이에는 노이즈 제거 등을 목적으로 다양한 종류의 코일 전자 부품이 그 용도에 따라 적절하게 적용될 수 있는데, 예를 들면, 파워 인덕터(Power Inductor, 1), 고주파 인덕터(HF Inductor, 2), 통상의 비드(General Bead, 3), 고주파용 비드(GHz Bead, 4), 공통 모드 필터(Common Mode Filter, 5) 등을 들 수 있다.
구체적으로, 파워 인덕터(Power Inductor, 1)는 전기를 자기장 형태로 저장하여 출력 전압을 유지하여 전원을 안정시키는 용도 등으로 사용될 수 있다. 또한, 고주파 인덕터(HF Inductor, 2)는 임피던스를 매칭하여 필요한 주파수를 확보하거나, 노이즈 및 교류 성분을 차단하는 등의 용도로 사용될 수 있다. 또한, 통상의 비드(General Bead, 3)는 전원 및 신호 라인의 노이즈를 제거하거나, 고주파 리플을 제거하는 등의 용도로 사용될 수 있다. 또한, 고주파용 비드(GHz Bead, 4)는 오디오와 관련된 신호 라인 및 전원 라인의 고주파 노이즈를 제거하는 등의 용도로 사용될 수 있다. 또한, 공통 모드 필터(Common Mode Filter, 5)는 디퍼런셜 모드에서는 전류를 통과시키고, 공통 모드 노이즈 만을 제거하는 등의 용도로 사용될 수 있다.
전자 기기는 대표적으로 스마트 폰(Smart Phone)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch) 등일 수도 있다. 이들 외에도 통상의 기술자에게 잘 알려진 다른 다양한 전자 기기 등일 수도 있음은 물론이다.
코일 전자 부품
이하에서는 본 개시의 코일 전자 부품을 설명하되, 편의상 인덕터(Inductor)의 구조를 예를 들어 설명하지만, 상술한 바와 같이 다른 다양한 용도의 코일 전자 부품에도 본 실시 형태에서 제안하는 코일 전자 부품이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태의 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 영역을 확대하여 나타낸 것이다. 도 4는 원자층 증착에 의하여 박막이 형성되는 원리를 나타내는 모식도이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자 부품(100)은 바디(101), 코일부(103), 원자층 증착층(104) 및 외부 전극(105, 106)을 포함한다. 코일부(103)는 바디(101) 내에 매설되며, 이 경우, 바디(101) 내에는 코일부(103)를 지지하는 지지부재(102)가 배치될 수 있다.
코일부(103)는 코일 전자 부품(100)의 코일로부터 발현되는 특성을 통하여 전자 기기 내에서 다양한 기능을 수행하는 역할을 한다. 예를 들면, 코일 전자 부품(100)은 파워 인덕터일 수 있으며, 이 경우 코일부(103)는 전기를 자기장 형태로 저장하여 출력 전압을 유지하여 전원을 안정시키는 역할 등을 수행할 수 있다. 이 경우, 코일부(103)를 이루는 코일 패턴은 지지부재(102)의 양면 상에 각각 적층된 형태일 수 있으며, 지지부재(102)를 관통하는 도전성 비아를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 코일부(103)는 나선(spiral) 형상으로 형성될 수 있는데, 이러한 나선 형상의 최외곽에는 외부 전극(105, 106)과의 전기적인 연결을 위하여 바디(101)의 외부로 노출되는 인출부를 포함할 수 있다.
한편, 코일부(103)를 이루는 코일 패턴의 경우, 당 기술 분야에서 사용되는 도금 공정, 예컨대, 패턴 도금, 이방 도금, 등방 도금 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있으며, 이들 공정 중 복수의 공정을 이용하여 다층 구조로 형성될 수도 있다. 코일부(103)에 포함될 수 있는 물질로서, 대표적으로 Cu를 예로 들 수 있으며, 이 외에도 다양한 도전성 물질을 사용할 수 있을 것이다.
코일부(103)를 지지하는 지지부재(102)의 경우, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등으로 형성될 수 있다.
외부 전극(105, 106)은 바디(101)의 외부에 형성되어 코일부(103)와 접속되며, 구체적으로, 코일부(103)의 인출부와 접속될 수 있다. 외부 전극(105, 106)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하는 페이스트를 사용하여 형성할 수 있으며, 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(105, 106) 상에 도금층(미 도시)을 더 형성할 수 있다. 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.
도 3에 도시된 형태와 같이, 바디(101)는 절연체(111)에 자성 입자(112)가 분산된 형태를 갖는다. 절연체(111)의 경우, 에폭시 수지 등과 같은 절연성 수지를 이용할 수 있다. 자성 입자(112)는 자성을 띠는 도전성 물질, 예컨대, 금속으로 형성될 수 있으며, 이러한 물질로서 Fe계 합금을 예로 들 수 있다. 구체적으로, 자성 입자(112)는 Fe-Si-B-Nb-Cr 조성의 나노결정립계 합금, Fe-Ni계 합금 등으로 형성될 수 있다. 이와 같이 Fe계 합금으로 자성 입자(112)를 구현할 경우 투자율 등의 자기적 특성이 우수하지만 ESD (Electrostatic Discharge)에 취약하기 때문에 코일부(103)와 자성 입자(112) 간의 적절한 절연 구조가 필요하다. 즉, 코일부(103)와 자성 입자(112)와의 절연성이 저하되는 경우 항복 전압(breakdown voltage) 특성이 저하되어 자성 입자(112)와 코일부(103) 간에 통전 경로가 형성되어 인덕터의 용량 감소 등과 같은 특성의 저하가 일어날 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 코일부(103)의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 원자층 증착층(Atomic Layer Deposition, ALD, 104)이 형성되어 코일부(103)의 효과적인 절연 구조를 제공한다. 구체적으로, 원자층 증착층(104)은 다층 구조를 가지며, 코일부(130)의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제1 원자층 증착층(104a) 및 제1 원자층 증착층(104a)의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제2 원자층 증착층(104b)을 포함한다.
도 4에 도시된 예와 같이 원자층 증착은 반응물의 주기적 공급과 배출 과정 중 표면 화학 반응에 의해 대상 물체(P) 표면에 원자층(A1, A2) 수준으로 매우 균일하게 코팅할 수 있는 공정이며, 이에 의하여 얻어진 원자층 증착층(104)은 두께가 얇으면서도 절연성이 우수하다. 또한, 원자층 증착층(104)은 두께 균일성이 우수하며, 내열성과 열팽창 특성 면에서도 종래의 절연층 대비 개선된 효과를 갖는다. 이 경우, 원자층 증착층(104)은 세라믹으로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 등으로 이루어질 수 있다.
종래에는 코일부(103) 표면의 절연층은 페릴렌(parylene)과 같은 물질을 기상 증착 방식으로 형성하는 것이 일반적이었으며 안정적인 코팅 물성을 확보하기 위하여 이러한 페릴렌 코팅층은 수십 um 수준으로 형성되었다.
이와 달리, 본 실시 형태와 같이 박막의 원자층 증착층(104)을 이용할 경우 도 3에 도시된 형태와 같이 코일부(103)에서 인접한 코일 패턴 사이에는 자성 입자(112)가 충진될 수 있다. 따라서, 바디(101) 내에 자성 입자(112)의 양이 증가되어 인덕터 용량 및 DC 바이어스 특성 등이 개선될 수 있다. 이와 같이, 원자층 증착층(104)은 상대적으로 얇게 형성될 수 있어서 바디(101) 내의 자성 입자(112)의 양이 충분히 확보될 수 있다. 구체적으로, 제1 원자층 증착층(104a)의 두께(t1)는 약 0.5um 이하, 더욱 바람직하게는 100nm 이하일 수 있다. 마찬가지로, 제2 원자층 증착층(104b)의 두께(t2)는 약 0.5um 이하, 더욱 바람직하게는 100nm 이하일 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 원자층 증착층(104a, 104b)은 서로 동일한 두께를 가질 수 있으며, 다만, 필요에 따라 서로 다른 두께를 갖도록 형성될 수도 있다.
이와 같이 본 실시 형태에서는 다층 구조의 원자층 증착층(104)을 사용하여 우수한 절연성과 함께 자기적 특성의 향상을 가져올 수 있으며, 이에 포함된 제1 및 제2 원자층 증착층(104a, 104b)을 이루는 물질은 다른 특성을 고려하여 선택될 수 있다. 제1 및 제2 원자층 증착층(104a, 104b)은 Al2O3, SiO2 등의 물질로서 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
이와 달리, 제1 및 제2 원자층 증착층(104a, 104b)은 서로 다른 물질로 이루어질 수도 있으며, 원자층 증착층(104)과 코일부(103)의 열팽창계수의 불일치(mismatch)를 최소화하도록 물질이 선택될 수 있다. 구체적으로, 코일부(103)를 이루는 물질, 예컨대 Cu는 열팽창계수가 약 18*10-6/K로서 제1 원자층 증착층(104a)을 이루는 물질보다 열팽창계수가 클 수 있다. 또한, 제1 원자층 증착층(104a)을 이루는 물질은 제2 원자층 증착층(104b)을 이루는 물질보다 열팽창계수가 클 수 있으며, 예컨대, 제1 원자층 증착층(104a)은 Al2O3를 포함하며, 제2 원자층 증착층(104b)은 SiO2를 포함할 수 있다. 여기서, Al2O3의 열팽창계수는 약 8*10-6/K이고, SiO2의 열팽창계수는 약 1*10-6/K의 수준이므로, 제1 원자층 증착층(104a)은 코일부(103)와 제2 원자층 증착층(104b) 사이에서 완충 역할을 하여 이들 간의 열팽창 특성 불일치를 저감할 수 있다.
한편, 원자층 증착층(104)의 사용에 의해 확보된 공간은 자성 입자(112)를 충진하는 것이 아니라 코일부(103)의 면적을 증가시키는데 이용될 수도 있다. 도 5의 변형 예를 참조하면, 코일부(103)에서 인접한 코일 패턴 사이에는 원자층 증착층(104) 중 제1 원자층 증착층(104a)만이 형성된 형태일 수 있다. 그리고 제1 원자층 증착층(104a)의 표면을 덮도록 제2 원자층 증착층(104b)이 구비될 수 있다. 이와 같이 코일부(103)가 확장된 면적을 가짐으로써 직류 저항(Rdc) 특성이 개선될 수 있다.
그리고 상술한 실시 형태들에서는 원자층 증착층(104)이 2개의 층을 포함하는 구조만을 나타내고 있지만, 필요에 따라 원자층 증착층(104)에는 3개 이상의 층이 포함될 수도 있을 것이다.
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.
1: 파워 인덕터
2: 고주파 인덕터
3: 통상의 비드
4: 고주파용 비드
5: 공통 모드 필터
100: 코일 전자 부품
101: 바디
102: 지지부재
103: 코일부
104: 원자층 증착층
104a: 제1 원자층 증착층
104b: 제2 원자층 증착층
105, 106: 외부전극
111: 절연체
112: 자성 입자
P: 대상 물체
A1, A2: 원자층
2: 고주파 인덕터
3: 통상의 비드
4: 고주파용 비드
5: 공통 모드 필터
100: 코일 전자 부품
101: 바디
102: 지지부재
103: 코일부
104: 원자층 증착층
104a: 제1 원자층 증착층
104b: 제2 원자층 증착층
105, 106: 외부전극
111: 절연체
112: 자성 입자
P: 대상 물체
A1, A2: 원자층
Claims (13)
- 코일부가 내설되며 절연체에 자성 입자가 분산된 형태를 갖는 바디;
상기 코일부의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제1 원자층 증착층;
상기 제1 원자층 증착층의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제2 원자층 증착층; 및
상기 코일부와 접속된 외부 전극;을 포함하며,
상기 제1 원자층 증착층은 0.5um 이하의 두께를 갖는 코일 전자 부품.
- 삭제
- 코일부가 내설되며 절연체에 자성 입자가 분산된 형태를 갖는 바디;
상기 코일부의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제1 원자층 증착층;
상기 제1 원자층 증착층의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제2 원자층 증착층; 및
상기 코일부와 접속된 외부 전극;을 포함하며,
상기 제2 원자층 증착층은 0.5um 이하의 두께를 갖는 코일 전자 부품.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 원자층 증착층은 서로 동일한 물질로 이루어진 코일 전자 부품.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 원자층 증착층은 서로 다른 물질로 이루어진 코일 전자 부품.
- 코일부가 내설되며 절연체에 자성 입자가 분산된 형태를 갖는 바디;
상기 코일부의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제1 원자층 증착층;
상기 제1 원자층 증착층의 표면을 따라 절연성 물질로 형성된 제2 원자층 증착층; 및
상기 코일부와 접속된 외부 전극;을 포함하며,
상기 제1 및 제2 원자층 증착층은 서로 다른 물질로 이루어지며,
상기 코일부를 이루는 물질은 상기 제1 원자층 증착층을 이루는 물질보다 열팽창계수가 크고, 상기 제1 원자층 증착층을 이루는 물질은 상기 제2 원자층 증착층을 이루는 물질보다 열팽창계수가 큰 코일 전자 부품.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 원자층 증착층은 Al2O3를 포함하며, 상기 제2 원자층 증착층은 SiO2를 포함하는 코일 전자 부품.
- 제7항에 있어서,
상기 코일부는 Cu를 포함하는 코일 전자 부품.
- 제1항에 있어서,
상기 코일부에서 인접한 코일 패턴 사이에는 상기 자성 입자가 충진되는 형태인 코일 전자 부품.
- 제1항에 있어서,
상기 코일부에서 인접한 코일 패턴 사이에는 상기 제1 원자층 증착층만이 형성된 형태인 코일 전자 부품.
- 제1항에 있어서,
상기 자성 입자는 도전성을 갖는 코일 전자 부품.
- 제11항에 있어서,
상기 자성 입자는 Fe계 합금을 포함하는 코일 전자 부품.
- 제1항에 있어서,
상기 절연체는 절연성 수지인 코일 전자 부품.
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