KR102100347B1 - 파워 인덕터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 내측시트(20)의 양면에 나선형으로 형성되는 제1 및 제2 코일층(30)(32); 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)의 단부가 양 단면을 통해 노출되도록 하되 상기 내측시트(20)와 상기 제1 및 2 코일층(30)(32)을 상부 및 하부 외측시트(40)(42)로 덮어서 형성한 인덕터 본체(10); 및 상기 인덕터 본체(10)의 양 단면에 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)의 노출되는 단부와 각각 접속되도록 형성되는 제1 및 제2 외부전극(50)(52); 을 포함한다. 상기 내측시트(20)는 금속분말을 포함하는 자성체 혹은 비자성체 재료로 형성할 수 있으며, 상부 및 하부의 외측시트(40)(42) 중 제1 및 제2 코일층(30)(32)에 접하는 시트층은 구형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어지며, 그 외각부에 형성하는 시트층은 판형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어지는 파워 인덕터를 제공한다.

Description

파워 인덕터 및 그 제조방법{A manufacturing method of power inductor and power inductor}
본 발명은 파워 인덕터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막형(Thin film type)의 파워 인덕터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인덕터는 저항 및 커패시터와 더불어 전자 회로를 구성하는 중요한 수동 소자의 하나로서, 노이즈(noise)를 제거하거나 LC 공진 회로를 이루는 부품 등에 사용되며, 그 구조에 따라 권선형, 적층형 및 박막형 등으로 분류할 수 있다.
이 중 박막형 인덕터는 포화자화 값이 높은 재료의 사용이 가능할 수 있을 뿐만 아니라, 소형 사이즈로 제작되는 경우에도 적층형 인덕터와 비교할 때 내부 회로 패턴을 형성하기 용이하므로, 최근 그 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 박막형 인덕터는 높은 인덕턴스 특성을 확보하기 위해 인덕터 본체에 자성 재료를 사용하며, 이러한 자성 재료는 낮은 자기장에서도 민감하게 반응하는 연자성 재료로서, 페라이트와 금속합금을 사용할 수 있다.
최근 스마트폰 등 IT 제품의 경우, 전력소비가 증가하고 있고, 수동소자들의 실장면적에 제한을 받고 있어, 전자기기에 필수적으로 탑재되는 전자부품인 인덕터도 소형화와 더불어 직류중첩특성 (DC bias)의 고전류화(high current)에 대한 요구가 증가되고 있다.
특히 파워 인덕터의 경우 고 전류에서도 높은 인덕턴스가 구현되야 하는데, 권선형이나 적층형 구조의 인덕터는 이러한 조건을 충족시키기에 만족스럽지 못하였으며 그 제작방법 또한 복잡하고 고비용의 과정을 거쳐야 하는 어려움이 있었다.
그러한 연구의 일환으로, 대한민국 등록특허 제10-1338139호(2013.12.02) 파워 인덕터가 개시되어 왔었다. 이러한 파워 인덕터는 인덕터 본체를 형성하는 외측시트를 2중층 구조로 형성하는 것을 포함하는 것으로서, 투자율이 서로 상이한 시트를 2중으로 접합하여 사용하는 기술을 개시하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1338139호(2013.12.02)
본 발명의 목적은 기존의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로서, 소형화와 고전류화 특성을 동시에 만족할 수 있는 인덕터로 높은 투자율을 갖는 자성체의 내측 및 외측시트를 이용해 고 전류에서 높은 인덕턴스 값을 유지하며 제조가 용이한 파워 인덕터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파워 인덕터는, 내측시트의 양면에 나선형으로 형성되는 제1 및 제2 코일층; 상기 제1 및 제2 코일층의 단부가 양 단면을 통해 노출되도록 하되 상기 내측시트와 상기 제1 및 2 코일층을 상부 및 하부 외측시트로 덮어서 형성한 인덕터 본체; 및 상기 인덕터 본체의 양 단면에 상기 제1 및 제2 코일층의 노출되는 단부와 각각 접속되도록 형성되는 제1 및 제2 외부전극; 을 포함하며,
상기 내측시트는 금속분말을 포함하는 자성체 재료로 이루어지고, 그 금속분말은 구형의 철(Fe), 철-규소 합금(FeSi), 니켈-철 합금(NiFe), 철-규소-알루미늄 합금(FeSiAl), 철-규소-크롬 합금(FeSiCr) 및 철-규소-붕소-크롬 합금(FeSiBCr) 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 상부 및 하부의 외측시트는 2중층 구조로 제1 및 제2 코일층에 접하는 시트층은 구형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어지고, 그 외각부에 형성하는 시트층은 판형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어지되, 상기 상부 및 하부 외측시트 중 제1 및 제2 코일층에 접하는 시트층에 포함되는 금속분말은 구형의 철(Fe), 철-규소 합금(FeSi), 니켈-철 합금(NiFe), 철-규소-알루미늄 합금(FeSiAl), 철-규소-크롬 합금(FeSiCr) 및 철-규소-붕소-크롬 합금(FeSiBCr) 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 상부 및 하부 외측시트 중 외각부에 형성하는 시트층에 포함되는 금속분말은 판형의 철(Fe), 철-규소 합금(FeSi), 니켈-철 합금(NiFe), 철-규소-알루미늄 합금(FeSiAl), 철-규소-크롬 합금(FeSiCr) 및 철-규소-붕소-크롬 합금(FeSiBCr) 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 상부 및 하부 외측시트 중 구형 분말로 형성된 시트층의 두께와 판형 분말로 형성된 시트층의 두께비는 1:4 내지 4:1이고, 상기 상부 및 하부 외측시트 중 구형 분말로 형성된 시트층의 투자율 대비 판형 분말로 형성된 시트층의 투자율은 1.5배 이상인 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 파워 인덕터 및 그 제조방법은 인덕터 본체인 외부 자성체 형성 시 코일층 주변을 감싸는 부분은 구형 금속분말을 포함하도록 하고, 그 외각의 자성체 영역에는 판상형 금속분말을 포함하도록 하여, 인덕터 본체를 구성하는 외부 자성체를 투자율과 형상이 다른 2중층으로 구성함으로써, 높은 투자율과 효과적인 자로 확보가 가능함에 따라 높은 인덕턴스 값을 유지하며 직류중첩 특성의 고전류화에 대응할 수 있고 소형화 요구에 부응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파워 인덕터의 외부 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 파워 인덕터의 내부 사시도,
도 3은 도 2의 A-A 선 단면도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 대해 첨부 도면 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 파워 인덕터의 외부 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 파워 인덕터의 내부 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 선 단면도이다.
(제1 실시예)
본 발명은 SMD(Surface Mount Device) 타입 파워 인덕터으로서, 내측시트(20)의 양면에 나선형으로 형성되는 제1 및 제2 코일층(30)(32); 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)의 단부가 양 단면을 통해 노출되도록 하되 상기 내측시트(20)와 상기 제1 및 2 코일층(30)(32)을 상부 및 하부 외측시트(40)(42)로 덮어서 형성한 인덕터 본체(10); 및 상기 인덕터 본체(10)의 양 단면에 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)의 노출되는 단부와 각각 접속되도록 형성되는 제1 및 제2 외부전극(50)(52); 을 포함하며, 상기 내측시트(20)는 금속분말을 포함하는 자성체 혹은 비자성체 재료로 형성하며, 상부 및 하부의 외측시트(40)(42)는 2중층 구조로 제1 및 제2 코일층(30)(32)에 접하는 시트층은 구형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어지고, 그 외각부에 형성하는 시트층은 판형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어진다.
즉, 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)을 형성하기 위한 내측시트(20)는 자성체 재료로 이루어진 것으로서, 상기 자성 재료로는 구형과 판형 등 형태에 관계없이 자성 금속분말을 바인더와 혼합한 복합재로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 소자내의 자로 형성을 고려했을 때 구형의 분말을 적용하는 것이 더 이상적이다.
또한, 이러한 상기 금속분말은 철(Fe), 철-규소 합금(FeSi), 니켈-철 합금(NiFe), 철-규소-알루미늄 합금(FeSiAl), 철-규소-크롬 합금(FeSiCr) 및 철-규소-붕소-크롬 합금(FeSiBCr) 등 적어도 하나 이상을 포함하는 금속분말로 이루어질 수 있다.
상기 내측시트(20)의 상하면에는 내측시트(20)에 형성된 비아(via)를 통해 전기적으로 연결된 제1 코일층(30)과 제2 코일층(32)이 형성되며, 이때 제1 코일층(30)의 일단은 내측시트(20)의 일 단부로 인출되고, 제2 코일층(32)의 일단은 내측시트(20)의 일 단부와 반대되는 타 단부로 인출되어 향후 형성될 제1 및 제2 외부전극(50)(52)과 각각 전기적으로 접속되어진다.
상기 내측시트(20) 상하면에는 금속분말을 포함한 내측시트(20)와 제1 및 제2 코일층(30)(32) 간 누설전류를 차단하기 위해 절연막을 형성할 수 있으며, 이러한 절연막은 에폭시 수지, 폴리이미드 등의 절연 특성을 갖는 재료로 형성하며, 내측시트(20)와 제1 및 제2 코일층(30)(32)간 절연성을 부여할 수 있다면 재료를 한정하지 않는다.
상기 내측시트(20) 상하의 제1 및 제2 코일층(30)(32)은 각각 한턴(turn) 이상 권선되는 나선형으로 형성하며, 소자제작 완료 후 파워 인덕터 소자가 가져야 할 직류저항(Rdc) 특성을 만족하기에 충분할 정도로 전기 전도도가 우수한 금속이면 재질에 제한없이 적용 가능하다.
상기 제1 및 제2 코일층(30)(32) 형성 후에는 제1 및 제2 코일층(30)(32)과 금속분말을 포함한 상부 및 하부 외측시트(40)(42) 간 누설전류를 차단하기 위해 상부 및 하부 외측시트(40)(42)와 접하는 제1 및 제2 코일층(30)(32)의 표면을 둘러 싸도록 절연막을 형성할 수 있으며, 이러한 절연막은 에폭시 수지, 폴리이미드 등의 절연 특성을 갖는 재료로 형성하며, 제1 및 제2 코일층(30)(32)과 상부 및 하부 외측시트 재료간 절연성을 부여할 수 있다면 재료를 한정하지 않는다.
상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)이 형성된 내측시트(20)의 양면을 덮는 상부 및 하부 외측시트(40)(42) 시트층은 구형의 자성체로 이루어진 복합재 층과 판형의 자성체로 이루어진 복합재 층을 2중으로 적층하여 형성하며, 특히 내측시트(20) 상하면에 형성된 제1 및 제2 코일층(30)(32)에 접하는 면에는 구형의 상부 및 하부 외측시트(40)(42)를 배치하고 소자의 최외각을 형성하는 부분에는 판형의 상부 및 하부 외측시트(40)(42)를 배치하여 형성한다. 이러한 상부 및 하부 외측시트(40)(42)는 고온고압하의 압착방식으로 형성하기 용이하며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 상부 및 하부 외측시트(40)(42) 중 구형 분말로 형성된 시트층의 두께와 판형 분말로 형성된 시트층의 두께비는 1:4 내지 4:1로 형성할 수 있고, 상기 상부 및 하부 외측시트(40)(42) 중 구형 분말로 형성된 시트층의 투자율 대비 판형 분말로 형성된 시트층의 투자율은 1.5배 이상으로 형성할 수 있다.
이와 같이 상부 및 하부 외측시트(40)(42)의 자성체 시트층을 투자율과 형상이 다른 2중층으로 구성함으로써, 각각의 자성체 재료가 보유한 물성을 최적으로 조합함으로써 투자율 대비 효과적인 자로 확보가 가능하다.
즉, 투자율은 상대적으로 낮으나 자로 형성에 대한 투자율의 방향성이 없는 구형의 금속분말을 포함한 상부 및 하부 외측시트(40)(42)와 투자율은 높지만 일측 방향에 한해서만 높은 투자율을 갖는 판형의 금속분말을 포함한 상부 및 하부 외측시트(40)(42)를 적절히 조합함으로써, 효율적인 자로 확보와 높은 투자율을 확보하는 것이 가능해 지므로, 높은 인덕턴스 값을 유지하며 직류중첩 특성의 고전류화에 대응할 수 있고 소형화 요구에 부응할 수 있는 소자제작이 가능하다.
상기 상부 및 하부 외측시트(40)(42)를 구성하는 자성 금속분말은 구형의 분말과 판형의 분말 모두 철(Fe), 철-규소 합금(FeSi), 니켈-철 합금(NiFe), 철-규소-알루미늄 합금(FeSiAl), 철-규소-크롬 합금(FeSiCr) 및 철-규소-붕소-크롬 합금(FeSiBCr) 등 적어도 하나 이상을 포함하는 금속분말로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구형과 판형의 2중층 상부 및 하부 외측시트(40)(42) 내부에 제1 및 제2 코일층(30)(32)이 형성된 내측시트(20)를 포함하는 인덕터 소자 어레이(array) 패널을 쏘윙(sawing) 공정을 통해 단위 소자로 분리하고, 소자의 양단부에 제1 및 제2 외부전극(50)(52)을 형성한다.
이때, 상기 제1 및 제2 외부전극(50)(52) 중 어느 하나는 내부 코일로부터 일 단부로 인출된 제1 코일층(30)과 연결되고, 다른 하나는 내부 코일로부터 인출된 타 단부의 제2 코일층(32)과 연결되어 외부회로와 전기적으로 연결하는 외부단자 역할을 하게 된다.
(제2 실시예)
상술한 제1 실시예와 구성이 대부분 동일하므로, 중복 설명은 가급적 피한다. 다만, 차이점은 제1 실시예에서는 내측시트(20)로 자성체 금속 파우더가 혼합된 복합재료를 사용하였는데 반해, 제2 실시예에서는 그 자성체 재료를 비자성체 재료의 내측시트(20)로 대체하였다는 점이 차이가 있다.
여기서, 상기 내측시트(20)는 폴리이미드, 에폭시 수지 등의 재질의 시트로 구성할 수 있다.
상기 내측시트(20)는 내측시트(20)의 상하에 형성하는 제1 코일층(30)과 제2 코일층(32)을 전기적으로 연결하기 위한 비아(via) 형성 시 향후 형성될 외측의 상하 자성체 시트층이 서로 연결되어 폐자로를 형성할 수 있도록 제1 및 제2 코일층(30)(32) 내측의 중앙부와 소자의 외각에 해당하는 부분에 내측시트(20)의 비자성체 시트층을 제거하여 자로 통로를 형성한다.
이렇게 형성된 공간을 통해 외측 자성체 합지 시 자성체 재료가 채워지므로 자로 통로 형성이 가능해져 자로 확보가 가능하다.
다음은, 본 발명에 제1 실시예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법은, 자성 재료로 이루어진 내측시트(20) 내에 비아를 형성하는 단계; 상기 내측시트(20)의 양면에 단부가 양 단면을 통해 노출되도록 하면서 상기 비아를 통해 상기 제1 코일층(30)과 상기 제2 코일층(32)이 전기적으로 연결되록 나선형으로 제1 및 제2 코일층(30)(32)을 각각 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)이 형성된 상하면에 제1 및 제2 코일층(30)(32)에 접하는 시트층 구형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어진 상부 및 하부 외측시트(40)(42)와 그 외각부에 형성하는 시트층은 판형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어진 2중층의 상부 및 하부 외측시트(40)(42)로 덮어서 인덕터 본체(10)를 제작하는 단계; 상기 인덕터 본체의 어레이를 단위소자로 분리하는 단계; 및 상기 인덕터 본체(10)의 양 단면을 덮어 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)의 노출되는 단부와 각각 접속되도록 제1 및 제2 외부전극(50)(52)을 형성하는 단계; 를 포함한다.
그리고, 본 발명에 제2 실시예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법은, 절연 또는 비자성 재료로 이루어진 내측시트(20) 내에 비아 및 자로 통로를 형성하는 단계; 상기 내측시트(20)의 양면에 단부가 양 단면을 통해 노출되도록 하면서 상기 비아를 통해 상기 제1 코일층(30)과 상기 제2 코일층(32)이 전기적으로 연결되록 나선형으로 제1 및 제2 코일층(30)(32)을 각각 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)이 형성된 상하면에 제1 및 제2 코일층(30)(32)에 접하는 시트층은 구형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어진 상부 및 하부 외측시트(40)(42)와 그 외각부에 형성하는 시트층은 판형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어진 2중층의 상부 및 하부 외측시트(40)(42)로 덮어서 인덕터 본체(10)를 제작하는 단계; 및 상기 인덕터 본체(10)의 양 단면을 덮어 상기 제1 및 제2 코일층(30)(32)의 노출되는 단부와 각각 접속되도록 제1 및 제2 외부전극(50)(52)을 형성하는 단계; 를 포함한다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 인덕터 본체 20 : 내측시트
30,32 : 제1 및 제2 코일층 40,42 : 상부 및 하부 외측시트
50,52 : 제1 및 제2 외부전극

Claims (11)

  1. 내측시트의 양면에 나선형으로 형성되는 제1 및 제2 코일층; 상기 제1 및 제2 코일층의 단부가 양 단면을 통해 노출되도록 하되 상기 내측시트와 상기 제1 및 2 코일층을 상부 및 하부 외측시트로 덮어서 형성한 인덕터 본체; 및 상기 인덕터 본체의 양 단면에 상기 제1 및 제2 코일층의 노출되는 단부와 각각 접속되도록 형성되는 제1 및 제2 외부전극; 을 포함하며,
    상기 내측시트는 금속분말을 포함하는 자성체 재료로 이루어지고, 그 금속분말은 구형의 철(Fe), 철-규소 합금(FeSi), 니켈-철 합금(NiFe), 철-규소-알루미늄 합금(FeSiAl), 철-규소-크롬 합금(FeSiCr) 및 철-규소-붕소-크롬 합금(FeSiBCr) 중 적어도 하나 이상을 포함하며,
    상기 상부 및 하부의 외측시트는 2중층 구조로 제1 및 제2 코일층에 접하는 시트층은 구형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어지고, 그 외각부에 형성하는 시트층은 판형 금속분말이 포함되는 자성 재료로 이루어지되,
    상기 상부 및 하부 외측시트 중 제1 및 제2 코일층에 접하는 시트층에 포함되는 금속분말은 구형의 철(Fe), 철-규소 합금(FeSi), 니켈-철 합금(NiFe), 철-규소-알루미늄 합금(FeSiAl), 철-규소-크롬 합금(FeSiCr) 및 철-규소-붕소-크롬 합금(FeSiBCr) 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 상부 및 하부 외측시트 중 외각부에 형성하는 시트층에 포함되는 금속분말은 판형의 철(Fe), 철-규소 합금(FeSi), 니켈-철 합금(NiFe), 철-규소-알루미늄 합금(FeSiAl), 철-규소-크롬 합금(FeSiCr) 및 철-규소-붕소-크롬 합금(FeSiBCr) 중 적어도 하나 이상을 포함하며,
    상기 상부 및 하부 외측시트 중 구형 분말로 형성된 시트층의 두께와 판형 분말로 형성된 시트층의 두께비는 1:4 내지 4:1이고,
    상기 상부 및 하부 외측시트 중 구형 분말로 형성된 시트층의 투자율 대비 판형 분말로 형성된 시트층의 투자율은 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 파워 인덕터.
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