KR102357988B1 - 인덕터 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터는 제1 영역, 그리고 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸이며 상기 제1 영역보다 높게 형성되는 제2 영역을 포함하는 자성 프레임, 상기 제1 영역 상에 배치되며, 상기 제2 영역을 중심으로 권선된 코일, 상기 코일의 제1 단부와 연결되는 제1 전극, 그리고 상기 코일의 제2 단부와 연결되는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역까지의 높이는 상기 제1 영역으로부터 상기 코일까지의 높이보다 낮다.
Description
본 발명은 인덕터에 관한 것이다.
인덕터는 인쇄회로기판 상에 적용되는 전자부품 중 하나이며, 전자기적 특성으로 인하여 공진 회로, 필터 회로, 파워 회로 등에 적용될 수 있다.
최근, 통신 장치, 디스플레이 장치 등 각종 전자 장치의 소형화 및 박막화가 중요한 이슈가 되고 있으므로, 이러한 전자 장치에 적용되는 인덕터의 소형화, 박형화 및 고효율화가 필요하다. 예를 들어, 칩 인덕터는 파워 회로에 적용될 수 있으며, 리플 전류를 제거하여 전류의 출력을 안정화시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 칩 인덕터는 높은 정격 전류, 낮은 저항, 소형화 및 박형화가 요구된다.
일반적인 인덕터는 자성 코어 상에 코일이 권선되어 있는 구조이거나, 권선 코일이 자성체 내에 매립되어 있는 구조일 수 있다.
도 1은 권선 코일의 일 예를 나타내고, 도 2는 일반적인 인덕터의 사시도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 권선 코일(10)은 자성체(20) 내에 매립된 후 절단된다. 이에 따라, 권선 코일(10)의 연장부(12)는 자성체(20)의 표면으로 노출되어, 외부 전극(30)과 연결될 수 있다.
이때, 인덕터의 인덕턴스는 자성체(20)의 투자율에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 자성체(20)의 투자율이 증가할수록 인덕터의 인덕턴스도 증가하게 된다. 다만, 투자율이 증가하면, 인덕터의 전류 수용량이 감소하거나, 고주파 손실이 발생하는 문제가 있다. 이에 따라, 인덕턴스를 높이면서도, 전류 수용량을 감소시키지 않으며, 고주파 손실을 줄일 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제조 공정이 용이하고, 성능이 우수한 인덕터를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터는 제1 영역, 그리고 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸이며 상기 제1 영역보다 높게 형성되는 제2 영역을 포함하는 자성 프레임, 상기 제1 영역 상에 배치되며, 상기 제2 영역을 중심으로 권선된 코일, 상기 코일의 제1 단부와 연결되는 제1 전극, 그리고 상기 코일의 제2 단부와 연결되는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역까지의 높이는 상기 제1 영역으로부터 상기 코일까지의 높이보다 낮다.
상기 코일을 매립하는 자성체를 더 포함하며, 상기 자성체의 일부는 상기 코일의 내경 내에 배치될 수 있다.
상기 자성 프레임과 상기 자성체는 서로 다른 소재를 포함할 수 있다.
상기 자성 프레임의 투자율과 상기 자성체의 투자율은 상이할 수 있다.
상기 자성 프레임의 투자율은 상기 자성체의 투자율보다 높을 수 있다.
상기 자성 프레임의 투자율은 상기 자성체의 투자율의 5배 이상일 수 있다.
상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역까지의 높이는 상기 제1 영역으로부터 상기 코일의 높이의 10 내지 90%일 수 있다.
상기 자성 프레임의 바닥면에는 홈이 형성될 수 있다.
상기 자성체는 복수 매로 적층되는 자성 시트를 포함할 수 있다.
상기 자성 시트는 순철, 규소 강판 자성 분말, 비정질 자성 분말, 퍼말로이 자성 분말, HF(High Flux) 자성 분말, 센더스트 자성 분말, 페라이트 자성 분말, Fe-Si-B계 자성 분말, Fe-Ni계 자성 분말, Fe-Si계 자성 분말, Fe-Si-Al계 자성 분말, Fe-Ni-Mo계 자성 분말, Fe-B-Si-Nb-Cu계 자성 분말, Fe-Si-Cr-Al계 자성 분말 및 Fe-(Si-P-)C-B계 자성 분말로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터 어셈블리는 기판, 상기 기판 상에 형성되는 전극, 상기 전극 상에 탑재되는 인덕터, 그리고 상기 인덕터와 상기 전극을 연결하는 솔더를 포함하며, 상기 인덕터는, 제1 영역, 그리고 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸이며 상기 제1 영역보다 높게 형성되는 제2 영역을 포함하는 자성 프레임, 상기 제1 영역 상에 배치되며, 상기 제2 영역을 중심으로 권선된 코일, 상기 코일의 제1 단부와 연결되는 제1 전극, 그리고 상기 코일의 제2 단부와 연결되는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역까지의 높이는 상기 제1 영역으로부터 상기 코일까지의 높이보다 낮다.
본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법은 제1 영역, 그리고 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸이며 상기 제1 영역보다 높게 형성되는 제2 영역을 포함하는 자성 프레임을 마련하는 단계, 상기 자성 프레임의 상기 제1 영역 상에 상기 제2 영역을 중심으로 권선된 코일을 배치하는 단계, 그리고 상기 자성 프레임 상에 배치된 코일을 자성체 내에 매립하는 단계를 포함한다.
상기 자성 프레임은 소정 간격으로 배치된 복수의 제2 영역을 포함하며, 상기 코일은 상기 제2 영역이 배치된 간격과 동일한 간격으로 연속하여 권선된 복수의 코일을 포함할 수 있다.
상기 자성체는 복수 매로 적층된 자성 시트를 포함할 수 있다.
상기 매립하는 단계는, 상기 자성 프레임의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 상기 복수 매로 적층된 자성 시트를 배치하는 단계, 그리고 상기 자성 시트를 가열 및 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제조 공정이 간단하면서도, 소형 및 박형이고, 성능이 우수한 인덕터를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 인덕턴스가 높으면서도, 전류 수용량이 많으며, 고주파 손실이 최소화된 인덕터를 얻을 수 있다.
도 1은 권선 코일의 일 예를 나타낸다.
도 2는 일반적인 인덕터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 하면도이다.
도 6 및 7은 도 3의 X를 기준으로 하는 단면도이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법을 나타낸다.
도 11은 상부 자성체의 투자율에 대한 자성 프레임의 투자율 비와 인덕턴스 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터가 PCB 상에 탑재된 인덕터 어셈블리를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터의 하면도이다.
도 14는 도 13의 Y선을 기준으로 하는 자성 프레임의 단면도이다.
도 15는 자성 프레임에 형성된 홈의 깊이에 따른 전력 수용량과 인덕턴스 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터를 나타낸다.
도 2는 일반적인 인덕터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 하면도이다.
도 6 및 7은 도 3의 X를 기준으로 하는 단면도이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법을 나타낸다.
도 11은 상부 자성체의 투자율에 대한 자성 프레임의 투자율 비와 인덕턴스 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터가 PCB 상에 탑재된 인덕터 어셈블리를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터의 하면도이다.
도 14는 도 13의 Y선을 기준으로 하는 자성 프레임의 단면도이다.
도 15는 자성 프레임에 형성된 홈의 깊이에 따른 전력 수용량과 인덕턴스 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 상면도이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 하면도이고, 도 6 및 7은 도 3의 X를 기준으로 하는 단면도이다.
도 3 내지 7을 참조하면, 인덕터(100)는 자성 프레임(110), 코일(120), 자성체(130), 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)을 포함한다.
여기서, 자성 프레임(110)은 제1 영역(112), 그리고 제1 영역(112)에 의하여 둘러싸이는 제2 영역(114)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 영역(114)은 제1 영역(112)보다 높게 형성될 수 있다. 이때, 자성 프레임(110)은 연자성 특성을 가지는 금속 합금의 분말을 포함하며, 순철, 규소 강판 자성 분말, 비정질 자성 분말, 퍼말로이 자성 분말, HF(High Flux) 자성 분말, 센더스트 자성 분말, 페라이트 자성 분말, Fe-Si-B계 자성 분말, Fe-Ni계 자성 분말, Fe-Si계 자성 분말, Fe-Si-Al계 자성 분말, Fe-Ni-Mo계 자성 분말, Fe-B-Si-Nb-Cu계 자성 분말, Fe-Si-Cr-Al계 자성 분말 및 Fe-(Si-P-)C-B계 자성 분말로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 코일(120)은 자성 프레임(110) 상에 배치되며, 제2 영역(114)을 중심으로 권선될 수 있다. 즉, 코일(120)은 자성 프레임(110)의 제1 영역(112) 상에 배치되며, 제2 영역(114)을 감싸도록 권선될 수 있다. 이에 따라, 코일(120)은 자성 프레임(110) 상에서 안정적으로 지지될 수 있으며, 제조 과정 또는 이동 과정에서도 배열이 어긋날 가능성이 줄어 들게 된다. 이에 따라, 안정적인 성능을 유지할 수 있다.
여기서, 코일(120)이 평각 도선으로 2층으로 권선된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다양한 단면 형상 및 굵기를 가지는 도선이 헬리컬 형상, α-헬리컬 형상 등 다양한 방법으로 권선될 수 있으며, 단층 또는 복층으로 권선될 수 있다.
그리고, 코일(120)은 자성체(130) 내에 매립된다. 이때, 자성체(130)는 연자성 특성을 가지는 금속 합금의 분말을 포함하며, 순철, 규소 강판 자성 분말, 비정질 자성 분말, 퍼말로이 자성 분말, HF(High Flux) 자성 분말, 센더스트 자성 분말, 페라이트 자성 분말, Fe-Si-B계 자성 분말, Fe-Ni계 자성 분말, Fe-Si계 자성 분말, Fe-Si-Al계 자성 분말, Fe-Ni-Mo계 자성 분말, Fe-B-Si-Nb-Cu계 자성 분말, Fe-Si-Cr-Al계 자성 분말 및 Fe-(Si-P-)C-B계 자성 분말로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 자성체(130)는 복수 매로 적층된 자성 시트를 포함할 수도 있다. 자성체(130)가 자성 시트로 이루어지는 경우, 자성 시트 내에 자성 분말이 균일하게 분포되므로, 균일한 성능의 인덕터(100)를 얻을 수 있다. 자성 시트는, 예를 들어 0.01 내지 1mm 이하의 두께를 가질 수 있다.
그리고, 제1 전극(140)은 자성체(130)의 일부를 감싸며, 코일(120)의 제1 단부(122)와 연결되고, 제2 전극(150)은 자성체(130)의 일부를 감싸며, 코일(120)의 제2 단부(124)와 연결된다. 여기서, 제1 단부(122)는 코일(120)의 권선 영역으로부터 한 방향으로 연장된 제1 연장부에 포함되며, 제1 연장부와 혼용될 수 있고, 제2 단부(124)는 코일(120)의 권선 영역으로부터 다른 방향으로 연장된 제2 연장부에 포함되며, 제2 연장부와 혼용될 수 있다.
이때, 자성 프레임(110)의 제1 영역(112)으로부터 제2 영역(114)까지의 높이(H1)는 제1 영역(112)으로부터 코일(120)까지의 높이(H2)보다 낮다. 이에 따라, 코일(120)의 내경 내의 일부는 자성 프레임(110)의 제2 영역(114)으로 채워지고, 나머지 일부는 자성체(130)로 채워질 수 있다. 설명의 편의상, 본 명세서에서 자성 프레임(110)의 제1 영역(112)으로부터 제2 영역(114)까지의 높이(H1)는 자성 프레임(110)의 높이라고 지칭될 수 있고, 제1 영역(112)으로부터 코일(120)까지의 높이(H2)는 코일(120)의 높이라고 지칭될 수 있다.
이때, 자성 프레임(110)과 자성체(130)는 서로 다른 소재를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 자성 프레임(110)의 투자율과 자성체(130)의 투자율은 상이할 수 있다. 특히, 자성 프레임(110)의 투자율은 자성체(130)의 투자율보다 높을 수 있다. 예를 들어, 자성 프레임(110)의 투자율(μ)은 자성체(130)의 투자율(μ)의 5배 이상일 수 있다. 이에 따라, 인덕터(100)의 인덕턴스를 높일 수 있으며, 인덕터(100)의 고주파 손실을 줄일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 수학식 1과 같이, 자속 밀도(B)는 투자율(μ) 및 자계 세기(H)에 비례한다.
이에 따라, 권선된 코일(120)에 동일한 크기의 전류가 흐르는 경우에도 투자율이 높은 영역, 즉 자성 프레임(110)으로 채워진 영역에 의하여 유도되는 자속 밀도(B)는 투자율이 낮은 영역, 즉 자성체(130)로 채워진 영역에 의하여 유도되는 자속 밀도(B)보다 높음을 알 수 있다.
또한, 수학식 2 및 수학식 3과 같이, 인덕턴스(L)는 전류(I)에 반비례하고, 자속(Ф)에 비례하며, 자속(Ф)은 자속 밀도(B)에 따라 증가한다.
이에 따라 자성 프레임(110)으로 채워진 영역의 인덕턴스가 증가하면, 자성체(130)로 채워진 영역과의 상호 인덕턴스가 증가하므로, 인덕터(100)의 인덕턴스가 전체적으로 증가하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 코일(120)의 내경 내가 자성 프레임(110)으로 채워진 영역 및 자성체(130)로 채워진 영역으로 구분되고, 자성 프레임(110)이 자성체(130)보다 높은 투자율을 가지는 경우, 높은 투자율을 가지는 영역과 낮은 투자율을 가지는 영역 간의 경계에서 자기장 굴절이 발생하여 자기장이 왜곡될 수 있다. 이에 따라, 코일(120)에 쇄교되는 자속이 증가하게 되어 인덕턴스가 증가하게 된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 코일(120) 내경 내의 파장을 제어할 수도 있다. 이에 따라, 전원 노이즈 저감을 위한 컷오프 주파수와 차단 주파수를 제어하는 것이 가능하며, 고주파 손실을 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 코일(120)의 내경 내에 투자율이 높은 자성 프레임(110)이 배치되면, 코일(120)에 흐르는 전류에 의하여 유도되는 자기장은 대부분 자성 프레임(110)을 자화시키는데 소모시키는데 사용된다. 이에 따라, 코일(120)에 흐르는 전류에 의하여 유도되는 자기장이 차폐될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자성 프레임(110)의 제1 영역(112)으로부터 제2 영역(114)까지의 높이(H1)는 제1 영역(112)으로부터 코일(120)까지의 높이(H2)의 10 내지 90%일 수 있다. 제1 영역(112)으로부터 제2 영역(114)까지의 높이(H1)가 제1 영역(112)으로부터 코일(120)까지의 높이(H2)의 10% 미만이면 인덕턴스 증가 효과가 미미하며, 90%를 초과하면 인덕터(100) 외부로 자속이 누설되어 차폐 성능이 낮아질 수 있다.
표 1은 자성 프레임(110)의 투자율, 자성체(130)의 투자율, 제1 영역(112)으로부터 제2 영역(114)까지의 높이(H1) 및 제1 영역(112)으로부터 제2 영역(114)까지의 높이(H1)와 제1 영역(112)으로부터 코일(120)까지의 높이(H2) 간의 비에 따른 인덕턴스 변화량을 실험한 결과이다.
| 실험 번호 | 자성 프레임의 투자율 |
자성체의 투자율 |
H1 | H1/H2 | 인덕턴스 (nH) |
| 비교예 | - | 35 | - | - | 271.5 |
| 실시예1-1 | 25000 | 35 | 150 | 25% | 376.3 |
| 실시예1-2 | 25000 | 35 | 150 | 50% | 433.5 |
| 실시예1-3 | 25000 | 35 | 150 | 75% | 494.7 |
| 실시예1-4 | 15000 | 35 | 150 | 25% | 383 |
| 실시예1-5 | 15000 | 35 | 150 | 50% | 443 |
| 실시예1-6 | 15000 | 35 | 150 | 75% | 496 |
| 실시예2-1 | 25000 | 35 | 100 | 25% | 376.3 |
| 실시예2-2 | 25000 | 35 | 100 | 50% | 433.3 |
| 실시예2-3 | 25000 | 35 | 100 | 75% | 496.2 |
| 실시예2-4 | 15000 | 35 | 100 | 25% | 383 |
| 실시예2-5 | 15000 | 35 | 100 | 50% | 443 |
| 실시예2-6 | 15000 | 35 | 100 | 75% | 496 |
| 실시예3-1 | 25000 | 35 | 50 | 25% | 376.7 |
| 실시예3-2 | 25000 | 35 | 50 | 50% | 434.5 |
| 실시예3-3 | 25000 | 35 | 50 | 75% | 496.6 |
| 실시예3-4 | 15000 | 35 | 50 | 25% | 383 |
| 실시예3-5 | 15000 | 35 | 50 | 50% | 443 |
| 실시예3-6 | 15000 | 35 | 50 | 75% | 496 |
표 1을 참조하면, 자성 프레임 없이 코일이 자성체 내에 매립된 비교예에 비하여, 자성 프레임 상에 코일이 배치된 후 자성체 내에 매립된 실시예의 인덕턴스가 높게 나타남을 알 수 있다.
특히, 실시예 1-1 내지 1-3과 같이, 투자율이 25000이고 두께(H1)가 150㎛인 자성 프레임과 투자율이 35인 자성체를 포함하는 인덕터에서 H1/H2를 25% 내지 75%까지 증가시키는 경우, 그리고 실시예 1-4 내지 1-6과 같이, 투자율이 15000이고 두께(H1)가 150㎛인 자성 프레임과 투자율이 35인 자성체를 포함하는 인덕터에서 H1/H2를 25% 내지 75%까지 증가시키는 경우, 인덕턴스가 증가함을 알 수 있다.
또한, 실시예 2-1 내지 2-6 및 실시예 3-1 내지 3-6과 같이, 자성 프레임의 투자율과 자성체의 투자율을 실시예 1-1 내지 1-6과 동일한 조건으로 설정한 경우, 인덕턴스는 자성 프레임의 높이(H1)에는 영향을 받지 않으며, 자성 프레임의 높이(H1) 및 코일의 높이(H2) 간의 비에 의해서만 영향을 받음을 알 수 있다.
도 8 내지 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 자성 프레임(110)을 마련한다. 자성 프레임(110)은 제1 영역(112), 그리고 제1 영역(112)에 의하여 둘러싸이며 제1 영역(112)보다 높게 형성되는 제2 영역(114)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 영역(114)은 소정 간격으로 복수 개 배치될 수 있다.
도 9를 참조하면, 자성 프레임(110) 상에 코일(120)을 배치한다. 이를 위하여, 자성 프레임(110)의 제2 영역(112)이 배치된 간격과 동일한 간격으로 연속하여 권선된 복수의 코일을 제2 영역(112)에 끼워 넣을 수 있다.
도 10을 참조하면, 자성 프레임(110) 상에 배치된 코일(120)을 자성체(130) 내에 매립한다. 여기서, 자성체는 복수 매로 적층된 자성 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 코일(120)이 배치된 자성 프레임(110)의 상부 및 하부에 복수 매로 적층된 자성 시트를 배치한 후, 가열, 가압 및 경화할 수 있다. 이에 따라, 코일(120)의 내경 내에 자성 시트가 흘러 들어가 경화될 수 있다. 코일(120)의 내경 내로 흘러 들어간 자성 시트는 자성 프레임(110)의 제2 영역(114)과 함께 자심의 역할을 할 수 있다.
이후, 경화된 자성체를 절단하여 인덕터를 생성한다.
한편, 도 3 내지 도 10에서는 자성 프레임(110)의 하부에도 자성체(130)가 배치되는 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 자성체(130)는 코일(120)이 배치되는 면, 즉 자성 프레임(110)의 상부에만 배치될 수도 있다. 자성 프레임(110)의 투자율이 자성체(130)의 투자율보다 높으므로, 자성 프레임(110)의 하부로 향하는 자기장은 차폐될 수 있다. 이에 따라, 자성체(130)가 자성 프레임(110)의 상부에만 배치되더라도 인덕터(100)의 인덕턴스는 줄어들지 않으며, 인덕터(100)의 전체적인 두께를 줄일 수 있다.
표 2는 자성 프레임(110)의 상부에 배치된 자성체(이하, 상부 자성체라 한다) 및 자성 프레임(110)의 하부에 배치된 자성체(이하, 하부 자성체라 한다)의 투자율에 따른 인덕턴스 변화량을 실험한 결과이다.
| 실험 번호 | 자성 프레임의 투자율 |
상부자성체 투자율 |
하부자성체 투자율 |
H1 | H1/H2 | 인덕턴스 (nH) |
| 비교예 | - | 35 | 35 | - | - | 271.5 |
| 실시예4-1 | 15000 | 35 | - | 50 | 25% | 375.5 |
| 실시예4-2 | 15000 | 35 | 50 | 50 | 25% | 376.2 |
| 실시예4-3 | 15000 | 35 | 100 | 50 | 25% | 376.2 |
| 실시예4-4 | 15000 | 35 | 150 | 50 | 25% | 376.2 |
| 실시예 5-1 | 15000 | 30 | - | 50 | 25% | 324.6 |
| 실시예 5-2 | 15000 | 40 | - | 50 | 25% | 426.3 |
| 실시예 5-3 | 15000 | 50 | - | 50 | 25% | 527.8 |
| 실시예 5-4 | 15000 | 60 | - | 50 | 25% | 629.2 |
| 실시예 5-5 | 15000 | 70 | - | 50 | 25% | 730.3 |
| 실시예 5-6 | 15000 | 80 | - | 50 | 25% | 831.3 |
| 실시예 5-7 | 15000 | 90 | - | 50 | 25% | 930 |
| 실시예 5-8 | 15000 | 100 | - | 50 | 25% | 1030 |
| 실시예 5-9 | 15000 | 1500 | - | 50 | 25 | 14200 |
| 실시예6-1 | 100 | 30 | - | 50 | 25% | 260 |
| 실시예6-2 | 200 | 30 | - | 50 | 25% | 280 |
| 실시예6-3 | 300 | 30 | - | 50 | 25% | 300 |
| 실시예6-4 | 400 | 30 | - | 50 | 25% | 306 |
| 실시예 6-5 | 500 | 30 | - | 50 | 25% | 312 |
| 실시예 6-6 | 600 | 30 | - | 50 | 25% | 318 |
| 실시예 6-7 | 700 | 30 | - | 50 | 25% | 324 |
| 실시예 6-8 | 800 | 30 | - | 50 | 25% | 324 |
표 2를 참조하면, 실시예 4-1 내지 4-4에서 나타난 바와 같이, 자성 프레임의 투자율, 상부 자성체 투자율, 자성 프레임의 높이(H1) 및 자성 프레임의 높이(H1)와 코일의 높이(H2) 간의 비가 동일한 경우, 하부 자성체의 투자율이 달라지더라도 인덕턴스가 변화하지 않으므로, 하부 자성체를 생략하는 것이 가능함을 알 수 있다.
아울러, 실시예 5-1 내지 5-9에서 나타난 바와 같이, 자성 프레임의 투자율, 자성 프레임의 높이(H1) 및 자성 프레임의 높이(H1)와 코일의 높이(H2) 간의 비가 동일하고, 하부 자성체가 생략된 경우, 자성 프레임(110)의 투자율에 대하여 상부 자성체의 투자율이 높아질수록 인덕턴스가 높아짐을 알 수 있다.
또한, 실시예 6-1 내지 6-8에서 나타난 바와 같이, 상부 자성체의 투자율, 자성 프레임의 높이(H1) 및 자성 프레임의 높이(H1)와 코일의 높이(H2) 간의 비가 동일하고, 하부 자성체가 생략된 경우, 상부 자성체의 투자율에 대하여 자성 프레임(110)의 투자율이 높아질수록 인덕턴스가 높아지나, 소정 값, 예를 들어 700/30 이상에서는 포화되는 경향이 있음을 알 수 있다.
아울러, 실시예 5-1 내지 5-9와 실시예 6-1 내지 6-8을 종합하면, 도 11에서 도시하는 바와 같이, 상부 자성체의 투자율에 대한 자성 프레임의 투자율의 비가 높아질수록 인덕턴스가 증가하나(실시예 6-1 내지 6-7 참조), 소정 값 이상에서는 포화되고(실시예 6-7 내지 6-8 참조), 그 이상에서는 오히려 인덕턴스가 감소함을 알 수 있다(실시예 5-8에서 5-1까지 역순으로 참조).
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 인덕터가 PCB 상에 탑재된 인덕터 어셈블리를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 인덕터 어셈블리(900)는 기판(910), 기판(910) 상에 형성되는 전극(920), 전극(920) 상에 탑재되는 인덕터(100) 및 인덕터(100)와 전극(920)을 연결하는 솔더(미도시)를 포함한다.
여기서, 인덕터는 도 3 내지 7에서 도시한 인덕터와 동일한 구조를 가질 수 있다.
이때, 인덕터(100)의 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)은 솔더와 접합할 수 있다. 이에 따라, 인덕터(100)는 기판(910) 상의 전극(920)과 연결될 수 있다.
한편, 자성 프레임의 바닥면에는 홈이 형성될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터의 하면도이고, 도 14는 도 13의 Y 선을 기준으로 하는 자성 프레임의 단면도이다. 도 3 내지 7과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 13 내지 14를 참조하면, 자성 프레임(110)은 복수의 적층된 자성 시트로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 자성 프레임(110)의 바닥면에는 홈(116)이 형성될 수 있다. 홈(116)은 제2 영역(114)에 대응하는 위치에 형성될 수 있으며, 제1 영역(112)에서 자성 프레임(110)의 두께(D1)와 제2 영역(114)에서 자성 프레임(110)의 두께(D2)는 동일할 수 있다. 여기서, 홈(116)의 바닥면(116-1) 및 벽면(116-2)이 직각을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 홈(116)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 홈(116)의 바닥면(116-1)은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 홈(116)의 바닥면으로 갈수록 홈(116)의 폭이 넓어지거나, 좁아지거나, 일정하도록 형성될 수 있다.
자성 프레임(110)에 홈(116)이 형성되면, 홈(116)은 인덕터의 제조 공정 시 지지홈으로 작용할 수 있으므로, 공정 상 유리하다. 또한, 홈(116) 내에 자기장이 갇히게 되므로, 자성 프레임(110)에 홈(116)이 형성되면, 외부로 방사되는 자기장을 줄여 차폐 성능을 향상시킬 수 있다. 아울러, 도 15에 도시된 바와 같이, 홈(116)의 깊이(D)에 대하여 자성 프레임(110)의 제2 영역(114)에서의 두께(D2)에 대한 비(D2/D)가 작아질수록, 즉 홈(116)의 깊이가 깊어질수록 인덕턴스의 변화량은 거의 없으면서, 전력 수용량은 낮아짐을 알 수 있다. 이에 따라, 자성 프레임(110)에 홈(116)이 형성되면, 저전력 환경에서 적용되기에 유리함을 알 수 있다.
이때, 홈(116)은 이종 소재, 예를 들어 절연 물질로 채워질 수도 있다. 홈(116)이 이종 소재로 채워지더라도, 코일(120)에서 발생한 자기장은 자성 프레임(110)을 투과하지 않고, 자성체(130) 방향으로 향하므로, 인덕터(100)의 인덕턴스에는 영향을 미치지 않게 된다. 홈(116)이 이종 소재로 채워지면, 자성 프레임(110)의 강도를 높일 수 있다.
또는, 홈(116)은 자성 분말로 채워질 수도 있다. 홈(116) 내에 채워지는 자성 분말은 자성 프레임(110)보다 높은 투자율을 가지는 경우, 전력 수용량이 높은 인덕터의 설계가 가능하다.
이때, 이종 소재 또는 자성 분말은 홈(116) 부피의 10 내지 100%로 채워질 수 있다. 이와 같이, 홈(116)의 깊이, 홈(116) 내에 채워지는 자성 분말의 투자율 및 양에 따라 인덕터의 전력 수용량을 조절하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 자성체의 양 면에는 도전부가 형성될 수도 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터를 나타낸다. 도 3 내지 7과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 16을 참조하면, 인덕터(100)는 자성 프레임(110), 코일(120), 자성체(130), 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)을 포함하며, 자성 프레임(110)은 제1 영역(112), 그리고 제1 영역(112)에 의하여 둘러싸이는 제2 영역(114)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 영역(114)은 제1 영역(112)보다 높게 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 자성체(130)의 제1 면(132)에 형성되며, 제1 전극(140)에 의하여 감싸지는 제1도전부(160), 그리고 자성체(130)의 제1 면(132)에 대향하는 제2면(134)에 형성되며, 제2 전극(150)에 의하여 감싸지는 제2 도전부(170)를 포함한다.
여기서, 코일(120)의 제1 단부(122) 및 제2 단부(124)는 각각 제1 도전부(160) 및 제2 도전부(170) 내에 매립될 수 있다. 이때, 제1 도전부(160) 및 제2 도전부(170)는 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전부(160) 및 제2 도전부(170)는 경화된 전도성 페이스트로 이루어질 수 있다.
그리고, 제1 단부(122) 및 제2 단부(124) 각각은 제1 도전부(160) 및 제2 도전부(170)와 함께 외부로 노출된다. 이때, 제1 도전부(160) 및 제2 도전부(170)는 제1 단부(122) 및 제2 단부(124)를 감싸며, 제1 도전부(160)의 면적 및 제2 도전부(160)의 면적 각각은 제1 단부(122)의 노출 면적 및 제2 단부(124)의 노출 면적보다 클 수 있다. 이에 따라, 제1 단부(122) 및 제2 단부(124)가 제1 도전부(160) 및 제2 도전부(170)와 함께제1 전극부(150) 및 제2 전극부(160)와 접촉하는 면적이 넓어지므로, 코일(120)의 저항이 감소하며, 코일(120)의 전력 전달 효율이 증가하게 된다.
여기서, 자성체(130)의 제1면(132), 제1 도전부(160) 및 제1 단부(122)는 동시에 절단된 형상을 가질 수 있으며, 자성체(130)의 제2면(134), 제2 도전부(170) 및 제2 단부(124)는 동시에 절단된 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 도전부(160)와 제1 전극부(140) 간의 접촉 효율 및 제2 도전부(170)와 제2 전극부(150) 간의 접촉 효율을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 인덕터
110: 자성 프레임
120: 코일
130: 자성체
110: 자성 프레임
120: 코일
130: 자성체
Claims (15)
- 제1 영역, 그리고 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸이며 상기 제1 영역보다 높게 형성되는 제2 영역을 포함하는 자성 프레임,
상기 제1 영역 상에 배치되며, 상기 제2 영역을 중심으로 권선된 코일,
상기 코일의 제1 단부와 연결되는 제1 전극, 그리고
상기 코일의 제2 단부와 연결되는 제2 전극
을 포함하며,
상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역까지의 높이는 상기 제1 영역으로부터 상기 코일까지의 높이보다 낮고,
상기 코일을 매립하는 자성체를 더 포함하며, 상기 자성체의 일부는 상기 코일의 내경 내에 배치되고,
상기 자성 프레임과 상기 자성체는 서로 다른 소재를 포함하는 인덕터. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 자성 프레임의 투자율과 상기 자성체의 투자율은 상이한 인덕터. - 제4항에 있어서,
상기 자성 프레임의 투자율은 상기 자성체의 투자율보다 높은 인덕터. - 제5항에 있어서,
상기 자성 프레임의 투자율은 상기 자성체의 투자율의 5배 이상인 인덕터. - 제1항에 있어서,
상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역까지의 높이는 상기 제1 영역으로부터 상기 코일의 높이의 10 내지 90%인 인덕터. - 제1항에 있어서,
상기 자성 프레임의 바닥면에는 홈이 형성되는 인덕터. - 제1항에 있어서,
상기 자성체는 복수 매로 적층되는 자성 시트를 포함하는 인덕터. - 제9항에 있어서,
상기 자성 시트는 순철, 규소 강판 자성 분말, 비정질 자성 분말, 퍼말로이 자성 분말, HF(High Flux) 자성 분말, 센더스트 자성 분말, 페라이트 자성 분말, Fe-Si-B계 자성 분말, Fe-Ni계 자성 분말, Fe-Si계 자성 분말, Fe-Si-Al계 자성 분말, Fe-Ni-Mo계 자성 분말, Fe-B-Si-Nb-Cu계 자성 분말, Fe-Si-Cr-Al계 자성 분말 및 Fe-(Si-P-)C-B계 자성 분말로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 인덕터. - 기판,
상기 기판 상에 형성되는 전극,
상기 전극 상에 탑재되는 인덕터, 그리고
상기 인덕터와 상기 전극을 연결하는 솔더를 포함하며,
상기 인덕터는,
제1 영역, 그리고 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸이며 상기 제1 영역보다 높게 형성되는 제2 영역을 포함하는 자성 프레임,
상기 제1 영역 상에 배치되며, 상기 제2 영역을 중심으로 권선된 코일,
상기 코일의 제1 단부와 연결되는 제1 전극, 그리고
상기 코일의 제2 단부와 연결되는 제2 전극
을 포함하며,
상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역까지의 높이는 상기 제1 영역으로부터 상기 코일까지의 높이보다 낮고,
상기 코일을 매립하는 자성체를 더 포함하며, 상기 자성체의 일부는 상기 코일의 내경 내에 배치되고,
상기 자성 프레임과 상기 자성체는 서로 다른 소재를 포함하는 인덕터 어셈블리. - 인덕터의 제조 방법에 있어서,
제1 영역, 그리고 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸이며 상기 제1 영역보다 높게 형성되는 제2 영역을 포함하는 자성 프레임을 마련하는 단계,
상기 자성 프레임의 상기 제1 영역 상에 상기 제2 영역을 중심으로 권선된 코일을 배치하는 단계, 그리고
상기 자성 프레임 상에 배치된 코일을 자성체 내에 매립하는 단계를 포함하고,
상기 자성 프레임은 소정 간격으로 배치된 복수의 제2 영역을 포함하며,
상기 코일은 상기 제2 영역이 배치된 간격과 동일한 간격으로 연속하여 권선된 복수의 코일을 포함하는 인덕터의 제조 방법. - 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 자성체는 복수 매로 적층된 자성 시트를 포함하는 인덕터의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 매립하는 단계는,
상기 자성 프레임의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 상기 복수 매로 적층된 자성 시트를 배치하는 단계, 그리고
상기 자성 시트를 가열 및 가압하는 단계
를 포함하는 인덕터의 제조 방법.
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