KR102130676B1 - 코일 전자 부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품은 코일부가 내설되며, 복수의 자성 입자를 포함하는 바디 및 상기 코일부와 접속된 외부 전극을 포함하며, 상기 복수의 자성 입자 중 적어도 일부의 입자는 표면에 형성된 제1층 및 상기 제1층의 표면에 형성된 제2층을 포함하며, 상기 제1층은 P 성분을 포함하는 무기 코팅층이며, 상기 제2층은 원자층 증착층이다.

Description

코일 전자 부품{COIL ELECTRONIC COMPONENT}
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 바디의 절연 특성, 구체적으로는 바디에 포함된 도전성 입자의 절연 특성의 향상에 따라 항복 전압 특성이 개선된 코일 전자 부품을 제공하는 것이며, 이러한 코일 전자 부품의 경우, 바디의 절연성이 향상됨에 따라 자기적 특성이 향상과 소형화에 유리하다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 예를 통하여 코일 전자 부품의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 코일부가 내설되며, 복수의 자성 입자를 포함하는 바디 및 상기 코일부와 접속된 외부 전극을 포함하며, 상기 복수의 자성 입자 중 적어도 일부의 입자는 표면에 형성된 제1층 및 상기 제1층의 표면에 형성된 제2층을 포함하며, 상기 제1층은 P 성분을 포함하는 무기 코팅층이며, 상기 제2층은 원자층 증착층이다.
일 실시 예에서, 상기 제1층의 두께는 10-15nm일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2층의 두께는 10-15nm일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1층 및 제2층의 두께의 합은 20-30nm일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1층 및 제2층은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2층의 표면에 형성된 제3층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제3층은 상기 제1층과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제3층은 P 성분을 포함하는 무기 코팅층일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2층은 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2) 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 자성 입자는 복수의 제1 입자 및 상기 제1 입자보다 크기가 작은 복수의 제2 입자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 입자는 Fe계 합금으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 입자는 직경은 10-25um일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 입자는 순철로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 입자는 직경은 5um 이하일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 코일 전자 부품의 경우, 바디의 절연 특성의 향상에 따라 항복 전압 특성이 개선될 수 있으며, 나아가, 자성 입자의 표면에 얇은 코팅층을 채용함에 따라 소형화에 적합하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 나타내는 개략적인 투과 사시도이다.
도 2는 도 1의 코일 전자 부품의 개략적인 I-I' 면 절단 단면도이다.
도 3은 도 1의 코일 전자 부품에서 바디의 일 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 변형된 예에 따른 코일 전자 부품의 바디의 일 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 나타내는 개략적인 투과 사시도이다. 도 2는 도 1의 코일 전자 부품의 개략적인 I-I' 면 절단 단면도이다. 그리고 도 3 내지 5는 도 1의 코일 전자 부품에서 바디의 일 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
우선, 도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자 부품(100)은 바디(101), 지지기판(102), 코일 패턴(103), 외부 전극(15, 106)을 포함하며, 바디(101)는 복수의 자성 입자(111)를 포함한다. 여기서, 복수의 자성 입자(111) 중 적어도 일부의 입자는 제1층(112) 및 제2층(113)을 포함하는데, 제1층(111)은 P 성분을 포함하는 무기 코팅층이고, 제2층(112)은 원자층 증착층이다.
바디(101)는 지지기판(102)과 코일 패턴(103) 의 적어도 일부를 봉합하며 코일 전자부품(100)의 외관을 이룰 수 있다. 또한, 바디(101)는 인출 패턴(L)의 일부 영역이 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 형태와 같이, 바디(101)는 복수의 자성 입자(111)를 포함하며, 이러한 자성 입자(111)는 절연재(110) 내부에 분산될 수 있다. 절연재(110)는 에폭시 수지, 폴리이미드 등의 고분자 성분을 포함할 수 있다.
바디(101)에 포함될 수 있는 자성 입자(111)는 페라이트, 금속 등이 있으며, 금속인 경우, 예컨대 Fe계 합금 등으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 자성 입자(111)는 Fe-Si-B-Cr 조성의 나노결정립계 합금, Fe-Ni계 합금 등으로 형성될 수 있다. 복수의 자성 입자(111)는 직경(d1)은 10-25um일 수 있다. 이와 같이 Fe계 합금으로 자성 입자(111)를 구현할 경우 투자율 등의 자기적 특성이 우수하지만 ESD (Electrostatic Discharge)에 취약할 수 있기 때문에 본 실시 형태에서는 자성 입자(111)의 표면에 다층 구조의 절연층(112, 113)을 형성하였다. 구체적으로, 복수의 자성 입자(111) 중 적어도 일부의 입자는 표면에 형성된 제1층(112) 및 제1층(112)의 표면에 형성된 제2층(113)을 포함한다.
제1층(112)은 P 성분을 포함하는 무기 코팅층이며, 예컨대, P계 글라스(glass)일 수 있다. 제1층(112)에 포함된 P계 무기 코팅층은 P, Zn, Si 등의 성분을 포함할 수 있으며, 이들 성분의 산화물을 포함할 수 있다. P계 무기 코팅층인 제1층(112)의 경우, 자성 입자(111)를 안정적으로 코팅하여 자성 입자(111)를 효과적으로 절연시킬 수 있지만 두께를 균일하게 형성하기 용이하지 않고 이러한 두께의 불균일성은 제1층(112)이 두꺼워질수록 두드러질 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 제1층(112)은 상대적으로 얇게 형성될 수 있으며 그 두께(t1)는 10-15nm일 수 있다. 본 실시 형태의 자성 입자(111) 절연 구조는 제1층(112)을 얇게 형성하고 그 위에 절연성과 균일성이 우수한 제2층(113)을 형성한 형태이다.
제2층(113)은 원자층 증착층(Atomic Layer Deposition, ALD)이며, 이로부터 자성 입자(111)의 절연성을 강화하면서 다층 절연 구조의 증가를 최소화할 수 있다. 원자층 증착은 반응물의 주기적 공급과 배출 과정 중 표면 화학 반응에 의해 대상 물체 표면에 원자층 수준으로 매우 균일하게 코팅할 수 있는 공정이며, 이에 의하여 얻어진 제2층(113)은 두께가 얇으면서도 균일하여 절연성이 우수하다. 이에 따라, 바디(101) 내에 다량의 자성 입자(111)가 충진되는 경우에도 바디(101)의 절연성이 효과적으로 확보될 수 잇다. P계 무기 코팅층인 제1층(112)의 경우 그 위에 P계 무기 코팅층을 추가 코팅하기 어려운데 본 실시 형태와 같이 제2층(113)을 원자층 증착층으로 형성하는 경우 추가 코팅층을 용이하게 형성할 수 있다. 제2층(113)은 제1층(112)과는 다른 물질로 이루어 질 수 있으며, 예컨대 세라믹으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제2층(113)은 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 물질 외에도 제2층(113)은 원자층 증착으로 형성될 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있다. 구체적인 예로서, 제2층(113)은 TiO2, ZnO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, Sc2O3, Y2O3, MgO, B2O3, GeO2 등의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제2층(113)은 상대적으로 얇게 형성되어 바디(101)의 소형화에 유리하며, 그 두께(t2)는 10-15nm 일 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1층(112) 및 제2층(113)은 각각 10-15nm일 수 있으며, 제1층(112) 및 제2층(113)의 두께의 합(t1+t2)은 20-30nm일 수 있다. 종래에 자성 입자(111)의 절연층은 60nm 수준으로 채용되었는데 본 실시 형태의 경우, 다층 절연 구조(112, 113)는 이의 절반 수준인 20-30nm의 두께를 가지며, 이에 따라 자성 입자(111)가 자치하는 부피를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 바디(101) 내의 자성 입자(111) 양이 증가될 수 있으므로 종래의 절연 구조에 비해 코일 전자 부품(100)의 투자율이 향상될 수 있다. 또한, 원자층 증착층 형태인 제2층(113)을 P계 무기 코팅층인 제1층(112) 상에 형성하여 얇은 두께에서도 우수한 절연성을 얻을 수 있다. 이렇게 자성 입자(111)의 절연성이 향상됨에 따라 코일 전자 부품(100)의 파괴 전압(BDV) 특성이 향상될 수 있다.
한편, 제조방법의 일 예와 관련하여, 바디(101)는 적층 공법으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 지지기판(102) 상에 도금 등의 방법을 이용하여 코일부(103)를 형성한 후 바디(101)를 제조하기 위한 단위 적층체를 다수 개 마련하여 이를 적층한다. 여기서, 상기 단위 적층체는 금속 등의 자성 입자(111)와 열경화성 수지, 바인더 및 용제 등의 유기물을 혼합하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 닥터 블레이드 법으로 캐리어 필름(carrier film) 상에 수십 ㎛의 두께로 도포한 후 건조하여 시트(sheet)형으로 제조할 수 있다. 이에 따라, 단위 적층체는 자성 입자가 에폭시 수지 또는 폴리이미드(polyimide) 등의 열경화성 수지에 분산된 형태로 제조될 수 있다. 그리고 자성 입자(111)는 앞서 설명한 형태를 가질 수 있으며 표면에는 제1층(112) 및 제2층(113)이 코팅되어 있다. 상술한 단위 적층체를 복수 개 형성하여 이를 코일부(103)의 상부와 하부에서 가압 적층하여 바디(101)를 구현할 수 있다.
지지기판(102)은 코일부(103)를 지지하며, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등으로 형성될 수 있다. 도시된 형태와 같이, 지지기판(102)의 중앙부는 관통되어 관통홀이 형성되며, 이러한 관통홀에는 바디(101)가 충진되어 마그네틱 코어부(C)를 형성할 수 있다.
코일부(103)는 바디(101) 내부에 내설되며 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 지지기판(102)의 양면 상에 각각 적층된 형태일 수 있으며, 지지기판(102)을 관통하는 도전성 비아(V)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 코일부(103)는 나선(spiral) 형상으로 형성될 수 있는데, 이러한 나선 형상의 최외곽에는 외부전극(105, 106)과의 전기적인 연결을 위하여 바디(101)의 외부로 노출되는 인출부(T)를 포함할 수 있다.
코일부(103)는 지지기판(102)에서 서로 대향하는 제1면(도 2를 기준으로 상면) 및 제2면(도 2를 기준으로 하면) 중 적어도 하나에 배치된다. 본 실시 형태와 같이 지지기판(102)의 제1면 및 제2면에 모두 코일부(103)가 배치될 수 있으며, 이 경우, 코일부(103)는 패드 영역(P)을 포함할 수 있다. 다만, 이와 달리 코일부(103)는 지지기판(102)의 하나의 면에만 배치될 수도 있을 것이다. 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.
외부전극(105, 106)은 바디(101)의 외부에 형성되어 인출부(T)와 접속하도록 형성될 수 있다. 외부전극(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, 외부전극(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 4 및 도 5를 참조하여 변형된 예에서 채용될 수 있는 코일 전자 부품의 바디 구조를 설명한다. 우선, 도 4의 실시 형태의 경우, 자성 입자(111)의 표면에는 3층의 절연 구조가 형성되어 있다. 구체적으로, 자성 입자(111)는 제2층(113)의 표면에 형성된 제3층(114)을 더 포함하는 형태이며, 자성 입자(111)의 절연성을 더욱 향상시키고자 하는 경우 채용될 수 있다. 제3층(114)은 제1층(112)과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 P 성분을 포함하는 무기 코팅층일 수 있다. 또한, 제3층(114)의 두께 역시 제1층(112)과 유사한 수준일 수 있으며, 예컨대 10-15nm일 수 있다. 도 4의 실시 형태에서와 같이 추가적인 절연 구조가 필요한 경우 제2층(113)을 커버하는 제3층(114)을 채용할 수 있으며, 나아가, 그 위에 제4층을 더 형성할 수도 있을 것이다. 예컨대, 자성 입자(111)의 절연 구조는 P계 무기 코팅층/원자층 증착층/P계 무기 코팅층/원자층 증착층의 다층 구조를 가질 수 있다.
다음으로, 도 5의 실시 형태의 경우, 바디(101) 내에는 서로 입도 분포가 다른 입자들이 배치된다. 구체적으로, 복수의 자성 입자는 복수의 제1 입자(111) 및 이보다 크기가 작은 복수의 제2 입자(121)를 포함한다. 이 경우, 제1 입자(111)는 도 3의 실시 형태에서 설명한 입자(111)와 동일한 것이며, Fe계 합금으로 이루어질 수 있다. 이보다 크기가 작은 제2 입자(121)는 제1 입자(111)들 사이 공간을 충전하여 바디(101) 내에서 존재하는 자성 입자(111, 121)의 전체 양을 증가시킬 수 있다. 제2 입자(121)는 순철로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 카보닐철 입자(CIP, Carbonyl Iron Powder) 형태일 수 있다. 또한, 제2 입자(121)의 직경(d2)은 5um 이하일 수 있다.
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.
100: 코일 전자 부품
101: 바디
102: 지지기판
103: 코일부
110: 절연재
111, 121: 자성 입자
112, 122: 제1층
113, 123: 제2층
114, 124: 제3층
C: 코어부
P: 패드 영역
V: 도전성 비아

Claims (14)

  1. 코일부가 내설되며, 복수의 자성 입자 및 상기 복수의 자성 입자가 분산되며 고분자 성분을 포함하는 절연재를 포함하는 바디; 및
    상기 코일부와 접속된 외부 전극;을 포함하며,
    상기 복수의 자성 입자 중 적어도 일부의 입자는 표면에 형성된 제1층 및 상기 제1층의 표면에 형성된 제2층을 포함하며,
    상기 제1층은 P 성분을 포함하는 무기 코팅층이며,
    상기 제2층은 원자층 증착층이며,
    상기 복수의 자성 입자 중 적어도 일부의 입자는 상기 제2층이 인접한 다른 자성 입자의 제2층과 연결되어 있지 않은 코일 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1층의 두께는 10-15nm인 코일 전자 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2층의 두께는 10-15nm인 코일 전자 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 및 제2층의 두께의 합은 20-30nm인 코일 전자 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 및 제2층은 서로 다른 물질로 이루어진 코일 전자 부품.
  6. 코일부가 내설되며, 복수의 자성 입자를 포함하는 바디; 및
    상기 코일부와 접속된 외부 전극;을 포함하며,
    상기 복수의 자성 입자 중 적어도 일부의 입자는 표면에 형성된 제1층, 상기 제1층의 표면에 형성된 제2층 및 상기 제2층의 표면에 형성된 제3층을 포함하며,
    상기 제1층은 P 성분을 포함하는 무기 코팅층이며,
    상기 제2층은 원자층 증착층인 코일 전자 부품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3층은 상기 제1층과 동일한 물질로 이루어진 코일 전자 부품.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3층은 P 성분을 포함하는 무기 코팅층인 코일 전자 부품.
  9. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2층은 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2) 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 코일 전자 부품.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 복수의 자성 입자는 복수의 제1 입자 및 상기 제1 입자보다 크기가 작은 복수의 제2 입자를 포함하는 코일 전자 부품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 입자는 Fe계 합금으로 이루어진 코일 전자 부품.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 입자는 직경은 10-25um인 코일 전자 부품.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 입자는 순철로 이루어진 코일 전자 부품.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제2 입자는 직경은 5um 이하인 코일 전자 부품.
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