KR102396598B1 - 코일 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연 기판을 포함하는 자성 바디, 상기 절연 기판의 일면에 배치되는 제1 코일 패턴, 상기 절연 기판의 상기 일면과 대향하는 타면에 배치되는 제2 코일 패턴, 상기 자성 바디의 외측에 배치되어 상기 제1 코일 패턴과 연결되는 제1 외부전극, 및 상기 자성 바디의 외측에 배치되어 상기 제2 코일 패턴과 연결되는 제2 외부전극을 포함하고, 상기 자성 바디는 상기 제1 코일 패턴의 상부 영역에 제1 자성 바디 영역, 상기 제2 코일 패턴의 하부 영역에 배치되는 제2 자성 바디 영역, 상기 제1 및 제2 자성 바디 영역의 사이에 배치되며 상기 제1 및 제2 코일 패턴의 표면을 감싸는 제3 자성 바디 영역을 포함하며, 상기 제1 자성 바디 영역의 두께는 상기 제2 자성 바디 영역의 두께와 서로 상이한 코일 부품에 관한 것이다.

Description

코일 부품 {COIL COMPONENT}

본 발명은 코일 부품에 관한 것이며, 구체적으로는 파워 인덕터에 관한 것이다.

디지털 TV, 스마트 폰, 노트북 컴퓨터 등 전자 제품의 고주파 대역에서의 데이터 송수신의 기능이 널리 사용되고 있으며, 향후에도 이러한 IT 전자 제품이 하나의 기기 뿐만 아니라 상호 간에 USB, 기타 통신 포트를 연결하여 다기능, 복합화로 활용 빈도가 높을 것으로 예상된다.

스마트폰이 진화함에 따라 고전류용, 고효율, 및 고성능화된 소형 사이즈의 박형화된 파워 인덕터의 수요가 증가하고 있다.

고전류용 파워 인덕터의 수요로 인해, 파워 인덕터에 고전류의 변화가 인가되면 이에 기인하여 코일의 열 응력 및 자성체의 자장 응력으로 인하여 파워 인덕터 내부에 진동이 발생하게 되며, 이러한 진동으로 인하여 기판의 진동(vibration)이 발생하게 되어 기기의 오작동, 및 모바일 내 소음을 야기하게 되며, 이러한 소음을 최소화하기 위한 방법이 요구되고 있는 실정이다.

하기의 특허문헌 1 은 코일 부품 내 서로 상이한 두께를 가지는 자성기판을 개시하면서 복수의 전류값 각각에 대하여 각각 다른 인덕턴스 값을 얻을 수 있는 직류 중첩 특성을 용이하게 설정하도록 하는 코일 부품을 개시하지만, 기판의 진동으로부터 발생되는 소음을 저감하려는 노력을 개시하고 있지는 않다.

일본 공개특허 제2006-278479호

본 발명은 전류 변화에 따른 코일 부품 내 노이즈(noise)를 낮출 수 있는 코일 부품을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 예에 따르면, 자성 바디, 상기 자성 바디 내부에 배치되는 코일 패턴, 및 상기 자성 바디의 외부에 배치되는 외부전극을 포함하는 코일 부품이 제공된다. 이 경우, 상기 자성 바디는 절연 기판을 포함하여, 상기 절연 기판의 일 면에는 제1 코일 패턴이 배치되고, 상기 절연 기판의 타면에는 제2 코일 패턴이 배치된다.

상기 자성 바디는 상기 제1 코일 패턴의 상부 영역에 제1 자성 바디 영역, 상기 제2 코일 패턴의 하부 영역에 배치되는 제2 자성 바디 영역, 상기 제1 및 제2 자성 바디 영역의 사이에 배치되며 상기 제1 및 제2 코일 패턴이 배치되는 영역에 배치되는 제3 자성 바디 영역을 포함하는데, 상기 제1 자성 바디 영역의 두께는 상기 제2 자성 바디 영역의 두께와 서로 상이하다.

본 발명의 일 예에 따르면, 코일 부품의 내부 진동과 기판의 진동으로부터 발생되는 소음(noise)을 최소화 할 수 있는 코일 부품을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따르면, DC Bias 특성이 개선된 코일 부품을 제공할 수 있다.

도1 은 본 발명에 따른 코일 부품의 개략적인 사시도이다.
도2 는 도1 의 I-I' 선에 대한 단면도이다.
도3 은 도2 의 일 변형예에 따른 단면도이다.

이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 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.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일 예에 따른 코일 부품을 설명하되, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

코일 부품

도1 은 본 발명의 일 예에 따른 코일 부품의 개략적인 사시도이고, 도2 는 도1 의 I-I'선을 절단한 단면도이다.

도1 을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 코일 부품(100)은 자성바디(1), 상기 자성 바디 내부에 매설되는 제1 및 제2 코일 패턴(21, 22), 및 상기 자성 바디의 외부면에 배치되어 제1 코일 패턴과 전기적으로 연결되는 제1 외부전극(31), 상기 자성 바디의 외부면에 배치되어 제2 코일 패턴과 전기적으로 연결되는 제2 외부전극(32)을 포함한다.

도1 에서 상기 자성 바디(1)는 두께(T) 방향으로 서로 마주하는 상면 및 하면, 길이(L) 방향으로 서로 마주하는 제1 면 및 제2 면, 폭(W) 방향으로 서로 마주하는 제3 면 및 제4 면을 포함하여 실질적으로 육면체 형상인 것으로 표현하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

자성 바디(1) 는 코일 부품의 외관을 결정하며, 자기 특성을 나타내는 재료라면 제한되지 않고 예를 들어, 페라이트 또는 금속계 연자성 재료가 충진되어 형성될 수 있다.

상기 페라이트로, Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Ni-Zn-Cu계 페라이트, Mn-Mg계 페라이트, Ba계 페라이트 또는 Li계 페라이트 등을 포함할 수 있다.

상기 금속계 연자성 재료로, Fe, Si, Cr, Al, 및 Ni 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 합금일 수 있고, 예를 들어, Fe-Si-B-Cr계 비정질 금속 입자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 금속계 연자성 재료의 입자 직경은 0.1㎛ 내지 20㎛일 수 있으며, 에폭시(epoxy) 수지 또는 폴리이미드(polyimide)등의 고분자 상에 분산된 형태로 포함될 수 있다.

상기 자성 바디(1) 내부에는 절연기판(11)이 배치된다. 상기 절연기판은 예를 들어, 폴리프로필렌글리콜(PPG)기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등으로 형성될 수 있다.

상기 절연 기판(11)의 중앙부는 관통되어 홀을 형성하고, 상기 홀은 자성물질로 충진되어 자성 코어를 형성한다. 이처럼 자성 물질로 충진되는 코어부를 형성함에 따라 인덕턴스(Ls)를 향상시킬 수 있다.

도2 를 참조하면, 상기 자성 바디(1)는 내부에 매설된 제1 및 제2 코일 패턴(21, 22)을 기준으로 제1 자성 바디 영역(1a), 제2 자성 바디 영역(1b), 및 제3 자성 바디 영역(1c)으로 구분될 수 있다.

상기 제1 자성 바디 영역(1a) 은 절연 기판의 상면에 배치된 제1 코일 패턴의 상부 영역에 배치되며, 상기 제2 자성 바디 영역(1b)은 절연 기판의 하면에 배치된 제2 코일 패턴의 하부 영역에 배치되며, 상기 제3 자성 바디 영역(1c)은 제1 및 2 자성 바디 영역 사이에 개재되어, 상기 제1 및 제2 코일 패턴이 배치되는 영역 내에 위치할 수 있다.

상기 제2 자성 바디 영역(1b)은 절연 기판의 하면에 배치되는 제2 코일 패턴의 하부 영역에 배치되므로, 코일 부품을 기판 실장시 기판과 인접하도록 배치되는 바디 영역이다.

다시 말해, 코일 부품을 기판 실장시, 기판과 제1 자성 바디 영역까지의 거리는 기판과 제2 자성 바디 영역까지의 거리 보다 더 멀다.

도2 를 참조하면, 제2 자성 바디 영역(1b)의 높이(T2)는 제1 자성 바디 영역(1a)의 높이(T1)보다 더 크게 설정된다.

통상적으로 파워 인덕터에 인가되는 고전류의 변화로 인하여 코일의 열적 응력 내지 자성 바디의 자장 응력으로 인하여 파워 인덕터 내부에 내부 진동이 발생하게 되며, 이러한 진동은 기판의 진동을 유발하게 된다. 이 경우, 기기의 오동작 및 전자부품의 소음을 야기한다.

이 경우, 제2 자성 바디 영역(1b)의 높이를 제1 자성 바디 영역(1a)의 높이보다 더 크게 설정하게 되면, 코일 부품 내 코일 패턴이 기판으로부터 더 멀리 배치되어서, 기판 상에 실장시 우려되는 노이즈(noise)를 저감시킬 수가 있게 된다.

한편, 바디 내에 배치되는 절연 기판(11)의 일면에는 제1 코일 패턴(21)이 배치되며, 상기 일면과 대향하는 타면에는 제2 코일 패턴(22)이 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 코일 패턴은 스파이럴(spiral) 형상일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2 코일 패턴은 권선 구조를 가지거나 박막 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제1 코일 패턴(21)은 절연 기판(11)에 형성되는 비아전극을 통해 절연 기판을 기준으로 상기 제1 코일 패턴과 반대 면에 형성되는 제2 코일 패턴(22)과 전기적으로 연결될 수 있다.

도2 에 도시된 것과 같이, 제1 코일 패턴의 높이(t1)는 제2 코일 패턴의 높이(t2)와 동일할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니므로, 이는 도3 에서 설명한다.

도3 은 도2 의 코일 부품에 대한 일 변형예에 대한 단면도이므로, 도2 와 중복되는 내용은 생략하도록 한다.

도3 을 참조하면, 코일 부품 내 제1 코일 패턴의 높이(t1)는 제2 코일 패턴의 높이(t2)와 상이할 수 있다. 이 경우, 절연기판(11)의 하면에 배치되는 제2 코일 패턴의 높이(t2)가 절연기판(11)의 상면에 배치되는 제1 코일 패턴의 높이(t1)에 비하여 더 작은 것이 바람직하며, 이는 제1 코일 패턴의 높이(t1)에 대한 제2 코일 패턴의 높이(t2)는 0 보다 크지만 1 보다 작은 것이 바람직하다는 것과 동일한 의미다. 이 경우, 도2 에서 설명한 것과 같이 제1 자성 바디 영역의 높이(T1)보다 제2 자성 바디 영역의 높이(T2)를 더 크게 설정하면서도, 코일 부품의 칩 두께, 즉, 자성 바디의 상면으로부터 하면까지의 전체 사이즈를 변경하지 않을 수가 있다.

제1 코일 패턴의 높이(t1)와 제2 코일 패턴의 높이(t2)를 서로 상이하게 설정함으로써, 코일 부품의 실장시 기판으로부터 코일 패턴의 하면, 즉, 제2 코일 패턴의 하면까지의 거리를 증가시킬 수가 있게 된다.

제1 자성 영역(1a)의 높이보다 제2 자성 영역(1b)의 높이를 더 크게 설정하고, 동시에, 제1 코일 패턴의 높이보다 제2 코일 패턴의 높이를 더 작게 설정함으로써, 자성 바디 내 절연 기판(11)을 기준으로, 절연 기판의 상면으로부터 자성 바디의 상면까지의 거리는 절연 기판의 하면으로부터 자성 바디의 하면까지의 거리와 실질적으로 동일하게 유지하면서도, 기판 실장시 기판으로부터 코일 패턴의 하면까지의 거리를 충분히 확보할 수가 있게 된다.

제1 코일 패턴의 높이(t1)와 제2 코일 패턴의 높이(t2)를 서로 상이하게 하는 방법은 제한되지 않는다.

그 일 예로서, 제2 코일 패턴은 단층 구조로 형성하는 반면, 제1 코일 패턴은 다층 구조로 형성할 수 있는데, 다층 구조를 형성하는 방법은 예를 들어, 제1 레지스트 패턴을 형성하여 제1 도금 패턴을 형성하고, 제1 레지스트 패턴 및 제1 도금 패턴 상에 레지스트를 도포하여 레지스트를 도포하여 제1 도금 패턴을 노출시키도록 제2 레지스트 패턴을 형성하여 제2 레지스트 패턴을 마스크로서 제2 도금 패턴을 제1 도금 패턴 상에 형성하는 공정을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또 다른 일 예로서, 제1 코일 패턴은 이방도금을 통해 형성하는 반면, 제2 코일 패턴은 등방도금을 통해 형성할 수 있다. 제1 및 제2 코일 패턴은 모두 전기 도금 등의 공정을 적용하여 전기 전도성 금속을 충진하여서 형성할 수 있으며, 제1 코일 패턴은 코일의 폭방향 및 높이 방향으로 모두 성장되도록 하는 형상을 가지도록 하고, 제2 코일 페턴은 코일의 높이방향 위주로 성장되도록 하는 형상을 가지도록 할 수 있다. 이는, 전기 도금 시의 전류 밀도, 도금액의 농도, 도금 속도 등을 조절하여 코일의 폭방향. 높이 방향의 성장을 제어할 수 있다.

상기 제1 및 제2 코일 패턴은 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 있다.

제1 및 제2 코일 패턴은 서로 동일한 금속으로 이루어질 수 있으며, 상이한 금속으로도 이루어질 수 있다.

상기 제1 및 제2 코일 패턴의 외표면은 절연막(미도시)으로 피복될 수 있다. 상기 절연막은 스크린 인쇄법, 포토레지스트(Photo Resist, PR)의 노광, 현상을 통한 방법, 스프레이(spray) 도포 공정 등의 방법으로 형성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 코일 패턴은 절연막으로 피복되어 있어서 자성 바디를 이루는 자성 물질과 직접 노출되지 않을 수 있다.

한편, 제1 코일 패턴의 일 단부는 자성 바디의 길이 방향의 일면으로 노출되며, 제2 코일 패턴의 일 단부는 자성 바디의 길이 방향의 타면으로 노출되고, 상기 제1 코일 패턴의 일 단부는 제1 외부전극(31)과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 코일 패턴의 일 단부는 제2 외부전극(32)과 전기적으로 연결된다.

상기 외부전극은 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 페이스트 일 수 있다. 외부전극을 형성하는 방법은 외부전극의 형성에 따라 프린팅 뿐만 아니라 딥핑(dipping)법 등을 수행하여 형성할 수 있다.

하기의 [표 1] 은 도3 에 도시된 바와 같이, 코일 부품의 칩 두께는 종래 코일 부품(1608 사이즈, 1.6mm(L)ⅹ0.8mm(W))의 두께(0.45mm ±0.1 mm)과 동일하게 유지하면서, 바디의 하면에 가까이 배치되는 제2 코일 패턴(22)의 높이(t2)를 감소시키는 경우의 노이즈 값(noise value), DC Bias 특성 및 직류 저항(Rdc)특성을 관찰한 결과이다. 상기 노이즈 값은 주파수 300Hz ~20kH 영역에서 Sine Sweep Wave 를 이용하여 AC/DC전압을 인가하여 코일 부품을 실장한 PCB 기판 (길이ⅹ폭ⅹ두께: 100mmⅹ40mmⅹ1.0mm) 의 바로 위에 마이크를 설치하여 측정하였다.

Sample	t1/t2	노이즈 값 (noise value)	DC Bias	Rdc
실시예 1	1	14dB	4A	50mΩ
실시예 2	1.1	13.5dB	4.1A	53 mΩ
실시예 3	1.2	12dB	4.3A	55 mΩ
실시예 4	1.3	11dB	4.4A	60 mΩ

상기 [표 1] 의 실시예 1 로부터 실시예 4 로 갈수록 제2 코일 패턴의 높이(t2)가 감소된다. 이는, 제2 코일 패턴의 높이(t2)를 감소시킴으로써, 제2 자성 바디 영역(1b)의 높이가 제1 자성 바디 영역(1a)의 높이보다 더 커지는 결과를 나타낸다.

이 경우, 상기 [표 1] 의 실시예 1 로부터 실시예 4 로 갈수록 노이즈 값이 저감되는 것을 확인할 수 있다. 제2 코일 패턴의 높이를 제1 코일 패턴의 높이보다 더 짧게 형성함으로써, 노이즈 값이 저감되는 효과를 발휘한 것이다.

한편, 실시예 1 에 비하여 실시예 4 의 직류 저항(Rdc)이 증가한 것은 제2 코일 패턴의 높이를 감소시켜 전반적으로 코일의 길이가 짧아졌기 때문이나, 이는 제조 설계 및 공정 조건에 따라 코일 부품 내 제1 및 제2 코일 패턴의 높이를 변경하면서 최적화할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 일 예에 따르면, 코일 부품의 내부 진동과 기판의 진동으로부터 발생되는 소음(noise)을 최소화 할 수 있고, DC Bias 특성이 개선된 코일 부품을 제공할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태 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.

한편, 본 개시에서 사용된 "일 예"라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그러나, 상기 제시된 일 예들은 다른 일례의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일예에서 설명된 사항이 다른 일예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일례에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.

한편, 본 개시에서 사용된 용어는 단지 일 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

100: 코일 부품
1: 자성 바디
1a, 1b, 1c: 제1 내지 제3 자성 바디 영역
21, 22: 제1 및 제2 코일 패턴
31, 32: 제1 및 제2 외부전극
11: 절연 기판

Claims (10)

1. 절연 기판을 포함하는 자성 바디;
   상기 절연 기판의 일면에 배치되는 제1 코일 패턴;
   상기 절연 기판의 상기 일면과 대향하는 타면에 배치되는 제2 코일 패턴;
   상기 자성 바디의 외측에 배치되어 상기 제1 코일 패턴과 연결되는 제1 외부전극; 및
   상기 자성 바디의 외측에 배치되어 상기 제2 코일 패턴과 연결되는 제2 외부전극을 포함하고,
   상기 자성 바디는 상기 제1 코일 패턴의 상부 영역에 배치되는 제1 자성 바디 영역, 상기 제2 코일 패턴의 하부 영역에 배치되는 제2 자성 바디 영역, 상기 제1 및 제2 자성 바디 영역의 사이에 배치되면서 상기 제1 및 제2 코일 패턴의 표면을 감싸는 제3 자성 바디 영역을 포함하며,
   상기 제2 자성 바디 영역의 높이(T2)에 대한 상기 제1 자성 바디 영역의 높이(T1)의 비(T1/T2)는 0보다 크고 1보다 작은,
   코일 부품.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 코일 패턴은 동일한 높이를 가지는,
   코일 부품.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코일 패턴의 높이(t1)에 대한 상기 제2 코일 패턴의 높이(t2)의 비(t2/t1)는 1보다 작은,
   코일 부품.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코일 패턴은 절연 기판의 상면에 배치되며, 상기 제2 코일 패턴은 절연 기판의 하면에 배치되는,
   코일 부품.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 절연 기판의 상기 일면으로부터 상기 자성 바디의 상면까지의 높이는 상기 절연 기판의 상기 타면으로부터 상기 자성 바디의 하면까지의 높이와 동일한,
   코일 부품.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코일 패턴은 상기 절연 기판 내에 형성되는 비아전극을 통해 상기 제2 코일 패턴과 연결되는,
   코일 부품.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코일 패턴은 다층 구조를 가지고, 상기 제2 코일 패턴은 단층 구조를 가지는,
   코일 부품.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코일 패턴은 이방 도금으로 형성되고, 상기 제2 코일 패턴은 등방 도금으로 형성되는,
   코일 부품.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일 패턴은 서로 동일한 금속으로 형성되는,
    코일 부품.
    
    

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