KR102442385B1

KR102442385B1 - 박막형 인덕터

Info

Publication number: KR102442385B1
Application number: KR1020170085288A
Authority: KR
Inventors: 김범석; 문병철; 봉강욱
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2022-09-14
Also published as: CN109215972A; KR20190004916A; US20190013142A1; CN109215972B; US10763032B2

Abstract

본 개시는 지지 부재, 코일 및 자성 물질을 포함하는 바디와 상기 바디의 외부면으로 배치되는 제1 및 제2 외부전극을 포함하는 박막형 인덕터에 관한 것이다. 상기 박막형 인덕터에서 상기 지지 부재는 내부에 비아 전극을 포함하며, 상기 비아전극의 상면 및 하면 중 하나의 적어도 일부는 자성 물질과 마주한다.

Description

박막형 인덕터 {THIN FILM TYPE INDUCTOR}

본 개시는 박막형 인덕터에 관한 것이고, 구체적으로 고용량의 파워 인덕터에 관한 것이다.

스마트 폰이나 태블릿 PC 등 휴대 기기의 고성능화에 따라 디스플레이 되는 화면이 커지면서 AP의 속도가 빨리지고, 듀얼 또는 쿼드 코어가 사용되는 등 전력 사용이 늘어남에 따라 DC-DC 컨버터나 노이즈 필터 등에 주로 사용되는 박막형 인덕터는 고 인덕턴스에 저직류저항을 실현할 수 있는 것이 요구되고 있다.

더불어, IT 기술의 발전에 따라 각종 전자 장치의 소형화 및 박막화가 가속화되고 있으므로, 이에 이러한 전자 장치에 사용되는 박막형 인덕터 또한 소형화 및 박막화가 요구된다.

소형/고용량 박막 파워 인덕터를 제작하기 위해 코일은 고 종횡비를 필요로 하며, 바디는 고충진의 자성 시트 적용을 필요로 한다. 그런데, 고 종횡비의 코일과 고충진된 바디를 구현하더라도 초소형의 사이즈에서 특성을 구현하기 위해서는 특성에 대한 Loss 로 작용하는 부분에 대한 개선이 추가로 요구된다. 특히, 상부 및 하부 코일을 연결하는 비아 패드의 경우, 전체 Rdc 에는 영향을 크게 미치지 않지만, 비아 패드 부근의 전극을 통하여 특성 저하를 만들어 낼 수 있다. 또한, 박막형 파워 인덕터를 초소형화하더라도 줄일 수 있는 비아의 사이즈는 한계가 있으므로, 박막형 파워 인덕터를 소형화할수록 비아 패드에 의한 칩 충진 Loss 의 비율이 더 커지는 경향이 있다.

일본 특허공개공보 특개2015-228478호

본 개시가 해결하고자 하는 여러 과제 중 하나는 공정을 복잡하게 변경하지 않으면서도, 박막형 파워 인덕터의 전기적 특성을 유지 내지 개선하면서 용량의 Loss 를 방지할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.

본 개시의 일 예에 따른 박막형 인덕터에 의하면, 바디와 상기 바디의 외부면 상에 배치되는 제1 및 제2 외부전극을 포함하며, 상기 바디는 관통홀을 포함하는 지지 부재, 상기 지지 부재의 상면 및 하면에 각각 배치되며 각각 일단부와 타단부를 포함하는 제1 및 제2 코일, 상기 지지 부재를 감싸는 자성 물질을 포함한다. 상기 지지 부재는 내부에 비아전극을 포함하고, 상기 비아 전극의 상면 및 하면 중 하나의 적어도 일부는 자성 물질과 마주한다.

본 개시의 여러 효과 중 하나는 박막형 파워 인덕터의 사이즈를 초소형화 하더라도 칩의 전기적 특성의 Loss 없이 Ls 및 Isat 특성을 모두 유지 내지 개선할 수 있는 박막형 파워 인덕터를 제공하는 것이다.

도1 은 본 개시의 일 예에 따른 박막형 인덕터의 개략적인 사시도이다.
도2 는 도1 의 A 영역에 대한 L-T 면의 개략적인 단면도이다.

이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 개시의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 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 개시를 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 개시의 일 예에 따른 박막형 인덕터를 설명하되, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

박막형 인덕터

도1 은 본 개시의 일 예에 따른 박막형 인덕터의 개략적인 사시도이고, 도2 는 도1 의 A 영역에 대한 L-T 면의 개략적인 단면도이다.

도1 및 도2 를 참조하면, 본 개시의 일 예에 따른 박막형 인덕터 (100) 는 바디 (1) 와 상기 바디의 외부면 상에 배치되는 제1 및 제2 외부전극 (21, 22) 을 포함한다. 상기 바디 (1) 는 바디의 외관을 형성하는 자성 물질 (11), 상기 자성 물질에 의해 봉합되는 지지 부재 (12) 및 코일 (13) 을 포함하며, 상기 코일은 상기 지지 부재의 상면에 의해 지지되는 제1 코일 (131) 과 상기 지지 부재의 하면에 의해 지지되는 제2 코일 (132) 을 포함한다.

상기 제1 및 제2 외부전극 (21, 22) 은 바디의 길이(L) 방향으로 서로 마주하며, 각각 제1 및 제2 코일과 전기적으로 연결되므로, 전기 전도성이 우수한 재질로 이루어진다. 도1 에서는 상기 제1 및 제2 외부전극이 알파벳 "C자 형상" 을 가지도록 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 알파벳 "L자 형상" 이나 하면 전극으로 구성될 수도 있다.

상기 바디 (1) 는 박막형 인덕터의 외관을 형성하며, 폭(W) 방향으로 서로 마주하는 제1 측면 및 제2 측면, 길이(L) 방향으로 서로 마주하는 제1 단면 및 제2 단면, 두께(T) 방향으로 서로 마주하는 상면 및 하면을 포함하여 실질적으로 육면체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 바디 (1) 내 포함되는 자성 물질 (11) 은 자성 특성을 갖는 재질을 포함하는 것은 물론이며, 예를 들어, 페라이트 또는 금속계 연자성 재료가 충진되어 형성될 수도 있다. 상기 페라이트로 Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Ni-Zn-Cu계 페라이트, Mn-Mg계 페라이트, Ba계 페라이트 또는 Li계 페라이트 등의 공지된 페라이트를 포함할 수 있다. 상기 금속계 연자성 재료로는, Fe, Si, Cr, Al, 및 Ni 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 합금일 수 있고, 예를 들어, Fe-Si-B-Cr 계 비정질 금속 입자를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속계 연자성 재료의 입경은 0.1 ㎛ 이상 20㎛ 이하일 수 있으며, 에폭시 수지 또는 폴리이미드 등의 고분자 상에 분산된 형태로 포함될 수 있다.

상기 자성 물질에 의해 제1 코일 (131) 과 제2 코일 (132), 지지 부재 (12) 가 봉합된다.

먼저, 상기 제1 및 제2 코일은 전체적으로 스파이럴 형상을 가지며, 상기 제1 및 제2 코일은 각각 일단부와 타단부를 가진다. 상기 제1 코일 (131) 의 일 단부 (131a) 는 제2 코일과 전기적으로 연결되기 위한 비아 전극 (14) 과 연결되며, 상기 제1 코일 (131) 의 타단부 (131b) 는 제1 외부전극과 전기적으로 연결된다. 마찬가지로, 상기 제2 코일 (132) 의 일 단부 (132a) 는 제1 코일과 전기적으로 연결되기 위한 비아 전극 (14) 과 연결되며, 상기 제2 코일 (132) 의 타단부 (132b) 는 제2 외부전극과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 및 제2 코일은 지지 부재를 지지하며 형성되는 박막형 코일이며, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 씨드층과 그 위에 배치되는 도금층으로 이루어지며, 실질적으로 코일의 종횡비 (AR, Aspect Ratio) 는 상기 도금층의 두께에 의해 결정된다.

상기 제1 코일의 일 단부 (131a) 는 제1 비아패드로 구성되며, 상기 제2 코일의 일 단부 (132a) 는 제2 비아패드로 구성된다. 상기 제1 비아패드와 상기 제2 비아패드는 각각 제1 및 제2 코일 중 비아 전극과 직접적으로 접촉되는 영역으로서 지지 부재를 관통하는 비아 전극을 지지하는 부분이다.

상기 제1 및 제2 비아 패드의 단면은 원으로부터 적어도 일부가 제거된 형상을 가지는데, 예를 들어, 반원형일 수 있고, 반원형보다 큰 면적을 가지는 일부 원의 형상일 수 있다. 통상적으로 제1 및 제2 비아 패드의 단면은 원형으로 구성되고, 그 면적은 비아 전극의 단면의 면적보다 넓게 구성되는 것이 일반적인데 반해, 본 개시에서는 제1 및 제2 비아 패드의 단면은 원형으로부터 일부가 제거된 형상을 가지기 때문에, 그 제1 및 제2 비아패드의 단면이 원형일 때로부터 제거된 영역만큼 자성 물질이 충진될 수 있는 여유 공간이 확보되는 것이다.

다음, 상기 제1 및 제2 코일을 지지하는 지지 부재 (12) 는 중앙부에 관통홀을 포함하며, 상기 관통홀 내부로는 상술한 자성 물질이 충진되어 코일의 코어를 구성한다. 상기 지지 부재 (12) 는 코일을 보다 용이하게 형성하면서, 코일을 적절히 지지하도록 하는 기능을 한다. 상기 지지 부재 (12) 는 절연 특성을 가지는 판 형태로 구성되는 것이 적절한데, 예를 들어, PCB 기판일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다, 상기 지지 부재의 두께는 코일을 지지하기 적절한 정도이면 충분한데, 예를 들어, 약 60㎛ 일 수 있다. 상기 지지 부재 (12) 는 상기 관통홀 이외에 전도성 물질로 충진된 비아 전극 (14) 을 포함한다. 상기 비아 전극의 단면은 실질적으로 원형일 수 있는데, 이에 한정되지 않고, 지지 부재의 외부면으로부터 중앙으로 갈수록 그 단면적이 작아지는 테이퍼드 형상과 역테이퍼드 형상일 수 있거나, 사각 기둥 형상일 수도 있다. 상기 비아 전극의 단면이 실질적으로 원형일 때 상기 비아 전극의 직경은 30㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 바람직한데, 상기 직경이 30㎛ 보다 작은 비아홀을 가공하는 것은 공정상 편차로 인해 정밀한 제어가 어려우며, 100㎛ 보다 크면 비아홀 내부로 전도성 물질이 완벽하게 충진되지 못하여 비아 오픈 쇼트가 발생할 수 있다.

도2 를 참조하면, 상기 비아 전극 (14) 의 상면 (14a) 의 적어도 일부는 자성 물질 (11) 과 마주하고, 상기 비아 전극 (14) 의 하면 (14b) 의 적어도 일부는 자성 물질 (11) 과 마주한다. 이 경우, 도2 와 다르게, 상기 비아 전극의 상면 혹은 하면 중 하나의 일부 만이 자성 물질과 마주하도록 구성될 수 있는 것도 물론이다 (미도시). 여기서, 비아 전극의 적어도 일면이 자성 물질과 "마주 한다" 는 것은, 비아 전극의 적어도 일부 면과 자성 물질이 서로 마주하는 구조이면 충분하며, 직접적으로 연결되는 것을 의미하는 것이 아니라, 추가의 절연재 등을 개재하고 있는 경우도 포함한다. 이처럼, 상기 비아 전극 (14) 의 상면 및 하면 중 하나의 적어도 일부가 자성 물질과 마주하기 때문에, 자성 물질이 충진되는 공간을 최대화할 수 있다. 상기 비아 전극 (14) 의 상면 상에는 상기 제1 코일의 일단부 (131a) 와 자성 물질로 구성되는 제1 충진부 (111) 가 배치되고, 상기 비아 전극 (14) 의 하면 상에는 상기 제2 코일의 일단부 (131b) 와 자성 물질로 구성되는 제2 충진부 (112) 가 배치되며, 상기 제1 및 제2 충진부는 바디 내 자성 물질의 일부임은 물론이다.

통상의 구조를 가지는 박막형 인덕터에서는 상기 제1 충진부 (111) 및 제2 충진부 (112) 가 위치하는 영역 내에 제1 코일의 일단부인 제1 비아 패드 및 제2 코일의 일단부인 제2 비아 패드가 위치한다. 통상적으로 제1 및 제2 비아 패드는 그 하면 또는 상면에 배치되는 비아 전극과 동일한 단면을 가지면서, 더 큰 면적을 가져서, 상기 비아 전극의 상면 및 하면을 완전히 덮도록 구성된다. 반면, 본 개시의 박막형 인덕터에서 제1 및 제2 비아 패드는 그 하면 또는 상면에 배치되는 비아 전극의 상면 또는 하면의 일부 만을 덮도록 구성되며, 비아 전극의 상면 또는 하면 중 제1 및 제2 비아 패드에 의해 덮여지지 않은 영역은 자성물질이 배치될 수 있게 된다. 그 결과, 기존 대비 Rdc 등의 전기적 특성은 유지하면서도, 자성 물질의 충진에 대한 손실을 최소화할 수 있다. 상기 제1 및 제2 비아 패드가 불필요한 정도로 넓게 제작되어 비아 패드 부분이 자성 물질의 충진에 대한 Loss 로 작용하는 것을 방지하는 구조를 가지는 박막형 인덕터인 것이다.

다시, 도2 를 보다 자세히 설명하면, 상기 비아 전극 (14) 의 상면과 그와 마주하는 자성 물질 (제1 충진부의 일부) 사이에는 절연재 (15) 가 추가로 더 배치되고, 상기 비아 전극 (14) 의 하면과 그와 마주하는 자성 물질 (제2 충진부의 일부) 사이에는 절연재 (15) 가 추가로 더 배치된다. 상기 절연재 (15) 는 자성 물질과 코일 간에 쇼트를 방지하기 위한 것이며, 코일을 완전하게 형성시킨 후 그 표면을 절연 코팅할 때 동시에 구성된 것이다. 상기 절연재 (15) 를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 화학기상증착 (CVD) 이나 스퍼터링 증착 등을 사용할 수 있으며, 그 재질은 절연 특성을 가지는 것이면 충분하지만, 예를 들어, 페닐린 수지 혹은 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 여기서, 절연재가 추가로 더 배치된다고 하는 것은, 비아 전극의 자체나 자성 물질의 자체로서 비아 전극과 자성 물질 간의 절연을 가능하도록 하게 하는 구성을 갖추고 있는 경우라면 추가의 절연재를 포함하지 않아도 되기 때문이다.

한편, 비아 전극 (14) 과 제1 코일 (131) 및 제2 코일 (132) 간의 위치 관계를 살펴보면, 비아 전극 (14) 의 중심 (C1) 으로부터 제1 코일의 일 단부 (131a, 제1 비아패드) 의 중심 (C2) 까지의 거리 (L1) 는 비아 전극 (14) 의 중심 (C2) 으로부터 제2 코일의 일 단부 (132a, 제2 비아패드) 의 중심 (C3) 까지의 거리 (L2) 는 실질적으로 동일하며, 0 보다 큰 값을 가진다. 물론, L1 과 L2 가 비아 전극의 중심으로부터 연장되는 방향은 서로 반대이다.

상술한 박막형 인덕터는 박막형 파워 인덕터의 사이즈를 초소형화 하더라도 칩의 전기적 특성의 Loss 없이 Ls 및 Isat 특성을 모두 개선할 수 있도록 한다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 개시의 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 일예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

100: 박막형 인덕터
1: 바디
11: 자성 물질
12: 지지 부재
13: 코일
131, 132: 제1 코일, 제2 코일
14: 비아 전극
15: 절연재
21, 22: 제1 및 제2 외부전극

Claims

관통홀을 포함하는 지지 부재, 상기 지지 부재의 상면 및 하면에 각각 배치되며, 각각 일단부와 타단부를 포함하는 제1 및 제2 코일, 및 상기 지지 부재를 감싸는 자성 물질을 포함하는 바디; 및
상기 바디의 외부면 상에 배치되는 제1 및 제2 외부전극; 을 포함하고,
상기 지지 부재는 내부에 비아 전극을 포함하고, 상기 비아 전극의 상면 및 하면 중 하나의 적어도 일부는 자성 물질과 마주하고, 상기 비아 전극의 상면의 적어도 일부는 상기 제1 코일의 상기 일단부와 직접 연결되는, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 비아 전극의 상면 상에는 상기 제1 코일의 일단부 및 자성 물질의 제1 충진부가 배치되고, 상기 비아 전극의 하면 상에는 상기 제2 코일의 일단부 및 자성 물질의 제2 충진부가 배치되는, 박막형 인덕터.
제2항에 있어서,
상기 제1 충진부와 상기 제1 코일의 상기 일단부 사이와, 상기 제2 충진부와 상기 제2 코일의 상기 일단부 사이에는 각각 추가의 절연재가 더 배치되는, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 제1 코일의 상기 타단부는 상기 제1 외부전극과 연결되고, 상기 제2 코일의 타단부는 상기 제2 외부전극과 연결되는, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 제1 코일의 상기 일단부는 제1 비아패드로 구성되며, 상기 제1 비아패드의 단면은 원으로부터 적어도 일부가 제거된 형상을 가지는, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 제2 코일의 상기 일단부는 제2 비아패드로 구성되며, 상기 제2 비아패드의 단면은 원으로부터 적어도 일부가 제거된 형상을 가지는, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 비아전극의 상면 및 하면 중 적어도 일부, 및 그와 마주하는 자성 물질 사이에는 절연재가 더 배치되는, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 비아전극의 직경은 30㎛ 이상 100㎛ 이하인, 박막형 인덕터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 비아전극의 하면의 적어도 일부는 상기 제2 코일의 상기 일단부와 직접 연결되는, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 제1 코일의 상기 일단부의 단면의 형상은 상기 비아 전극의 단면의 형상과 상이한, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 제2 코일의 상기 일단부의 단면의 형상은 상기 비아 전극의 단면의 형상과 상이한, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 제1 코일의 상기 일단부의 면적은 상기 비아 전극의 단면의 면적과 동일하거나 더 작은, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 제2 코일의 상기 일 단부의 단면은 상기 비아 전극의 단면의 면적과 동일하거나 더 작은, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 비아 전극의 중심으로부터 상기 제1 코일의 상기 일단부의 중심까지 이격된 거리는 상기 비아 전극의 중심으로부터 상기 제2 코일의 상기 일단부의 중심까지 이격된 거리와 동일하고, 이격되는 방향이 반대인, 박막형 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 제1 코일의 상기 일단부의 폭은 상기 제1 코일의 본체 내 각각의 코일 패턴의 폭보다 크고, 상기 제2 코일의 상기 일단부의 폭은 상기 제2 코일의 본체 내 각각의 코일 패턴의 폭보다 큰, 박막형 인덕터.