KR102511872B1 - 코일 전자 부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품은 페라이트를 포함하는 바디와, 상기 바디에 내설된 코일부와, 상기 코일부와 전기적으로 연결된 외부 전극 및 상기 바디 내에 배치되며 상기 바디에 포함된 페라이트보다 큐리 온도가 낮은 페라이트를 포함하는 투자율 조절층을 포함한다.

Description

코일 전자 부품 {Coil Electronic Component}
본 발명은 코일 전자 부품에 관한 것이다.
코일 전자 부품에 해당하는 인덕터는 저항(resistor), 컨덴서(condenser)와 더불어 전자 회로를 이루는 부품중의 하나로서 노이즈(noise) 제거나 LC 공진 회로를 이루는 부품 등으로 사용된다. 인덕터는 코일의 형태에 따라서 적층형, 권선형, 박막형 등 다양한 형태로 분류할 수 있다.
최근 전자 제품의 소형화와 다기능화 추세에 따라 인덕터 역시 소형화와 함께 고전류 특성의 향상이 요구되고 있다. 또한, 고온 환경에서는 인덕터에 포함된 페라이트 등의 자기적 특성이 변화하여 안정적으로 구동하기 어려운 문제가 있으며, 이는 열의 영향을 많이 받고 높은 신뢰성이 요구되는 전장용 부품에서 큰 이슈가 되고 있다.
본 발명의 일 목적은 온도 등의 환경 변화에서도 특성 변화가 최소화되어 안정적으로 구동될 수 있는 코일 전자 부품을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 형태를 통하여 코일 전자 부품의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 페라이트를 포함하는 바디와, 상기 바디에 내설된 코일부와, 상기 코일부와 전기적으로 연결된 외부 전극 및 상기 바디 내에 배치되며 상기 바디에 포함된 페라이트보다 큐리 온도가 낮은 페라이트를 포함하는 투자율 조절층을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 바디 및 투자율 조절층에 포함된 페라이트는 각각 Ni-Zn-Cu계 페라이트일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 투자율 조절층에 포함된 Ni-Zn-Cu계 페라이트는 상기 바디에 포함된 Ni-Zn-Cu계 페라이트보다 Zn의 함량이 더 높을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 투자율 조절층에 포함된 페라이트는 상기 바디에 포함된 페라이트보다 상온에서 투자율이 더 높을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 투자율 조절층에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 80 ~ 120℃일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 바디에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 150 ~ 200℃일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 투자율 조절층이 복수 개 구비될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 투자율 조절층 중 적어도 2개는 이에 포함된 페라이트의 큐리 온도가 서로 다를 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 투자율 조절층은 제1 투자율 조절층 및 이에 포함된 페라이트보다 큐리 온도가 높은 페라이트를 포함하는 제2 투자율 조절층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 투자율 조절층에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 70 ~ 90℃이며, 상기 제2 투자율 조절층에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 110 ~ 130℃일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 투자율 조절층은 복수 개 구비되며, 상기 제1 투자율 조절층은 상기 복수의 제2 투자율 조절층의 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 투자율 조절층은 상기 바디의 중앙에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 투자율 조절층은 상기 바디의 중앙에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 코일부는 복수의 코일 패턴이 적층된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 코일 전자 부품을 사용함으로써 온도 등의 환경 변화에서도 특성 변화가 최소화되어 안정적으로 구동될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 것으로서 각각 사시도와 단면도이다.
도 3은 바디에 포함된 페라이트의 온도에 따른 투자율 특성을 나타낸다.
도 4는 투자율 조절층에 포함된 페라이트의 온도에 따른 투자율 특성을 나타낸다.
도 5는 바디와 투자율 조절층 전체 영역에서 온도에 따른 투자율 특성을 나타낸다.
도 6은 Ni-Zn-Cu계 페라이트에서 Zn 함량에 따른 포화자화(Ms)와 투자율(ui) 특성을 나타낸다.
도 7은 Ni-Zn-Cu계 페라이트에서 Zn 함량(x)에 따른 포화자화와 큐리 온도 특성을 나타낸다.
도 8은 변형된 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8의 코일 전자 부품에서 바디와 투자율 조절층 전체 영역에서 온도에 따른 투자율 특성을 나타낸다.
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.
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. 나아가, 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.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 것으로서 각각 사시도와 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 코일 전자 부품(100)은 바디(110), 코일부(120), 외부 전극(130) 및 바디(110) 내에 배치된 투자율 조절층(111)을 포함한다. 이하, 코일 전자 부품(100)의 구성 요소들을 상세히 설명한다.
바디(110)는 페라이트를 포함하며, 이러한 페라이트 성분은 큐리 온도를 조절하기에 적합한 물질로서 예컨대 Ni-Zn-Cu계 페라이트를 대표적으로 사용할 수 있다. 이 외에도 Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Mn-Mg계 페라이트, Ba계 페라이트 및 Li계 페라이트 등을 사용하여 바디(110)를 구성할 수도 있다.
코일부(120)는 바디(110) 내에 내설되며, 도시된 형태와 같이 복수의 코일 패턴이 두께 방향으로 적층되어 인접한 다른 패턴과 전기적으로 접속되어 코일 구조를 형성할 수 있다. 이러한 코일 패턴은 자성체층 등에 도전성 페이스트를 인쇄하는 방식 등으로 형성될 수 있으며, 예컨대, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu) 또는 백금(Pt) 등을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 그리고 복수의 코일 패턴을 전기적으로 연결하기 위해 도전성 비아가 포함될 수 있다.
외부 전극(130)은 바디(110)의 외부에 형성되어 코일부(120)와 전기적으로 연결되며, 도시된 형태와 같이 한 쌍 구비되어 코일부(120)의 일단과 타단과 각각 연결될 수 있다. 외부 전극(130)은 전도성이 높은 물질로 형성되며 다층 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 외부 전극(130)은 제1층과 제2층을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1층은 도전성 페이스트를 소결하여 얻어진 소결 전극으로 형성될 수 있고, 제2층은 제1층을 커버하는 형태로서 1층 이상의 도금층을 포함할 수 있다. 또한, 제1층 및 제2층 이외에도 외부 전극(130)은 추가적인 다른 층을 포함할 수 있으며, 예컨대, 외부 전극(130)은 제1층과 제2층 사이에 도전성 수지 전극을 포함하여 기계적 충격 등을 완화할 수 있을 것이다.
투자율 조절층(111)은 바디(110) 내에 배치되며 바디(110)에 포함된 페라이트보다 큐리 온도(Tc)가 낮은 페라이트를 포함한다. 도 2에 도시된 형태와 같이 투자율 조절층(111)은 바디(110)의 중앙에 배치될 수 있으며, 다만, 투자율 조절층(111)의 위치는 바디(110)의 다른 영역으로 바뀔 수도 있을 것이다. 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트는 Ni-Zn-Cu계 페라이트일 수 있으며, Zn의 함량에 따라 큐리 온도가 조절될 수 있다. 페라이트는 온도가 올라갈수록 열 진동에 의해 자기 이방성은 감소하고 인덕턴스는 증가한다. 예를 들어, 상온 투자율이 1200 수준인 Ni-Zn-Cu계 페라이트는 125℃에서 자기 이방성의 감소로 인하여 투자율이 2.5배 수준인 3000까지 증가하는데 전장용 부품에서는 자동차의 운행 조건에 따라 작동 온도가 실온에서 120 ~ 130℃ 수준까지 변할 수 있다. 이렇게 작동 온도에 따라 페라이트의 투자율과 인덕턴스가 변하는 경우 부품 간의 임피던스 매칭이나 인덕턴스 증가에 따른 DC 바이어스 특성 감소 등에 의하여 제품의 안정성과 신뢰성이 저하될 수 있다.
그런데 온도가 더욱 증가하여 큐리 온도까지 증가하는 경우 페라이트는 자성 특성을 잃어버린다. 본 실시 형태에서는 페라이트의 이러한 경향성을 이용하여, 투자율 조절층(111)이 상온에서는 높은 수준의 투자율을 갖는 자성층으로 기능하다가 온도 증가 시 상대적으로 일찍 자성을 잃고 갭으로 기능함으로써 고온에서 투자율과 인덕턴스 특성이 급격하게 변화하는 것을 방지하고자 하였다. 다시 말해, 온도가 증가하면서 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트의 투자율은 증가하는데 바디(110)에 포함된 페라이트보다 큐리 온도가 낮으므로 고온에서 투자율 조절층(111)의 페라이트는 자기적 갭으로 작용하여 온도 상승에 따른 급격한 투자율의 증가를 저감할 수 있다.
도 3은 바디에 포함된 페라이트의 온도에 따른 투자율 특성을 나타낸다. 도 4는 투자율 조절층에 포함된 페라이트의 온도에 따른 투자율 특성을 나타낸다. 도 5는 바디와 투자율 조절층 전체 영역에서 온도에 따른 투자율 특성을 나타낸다. 도 3 내지 5를 참조하면, 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트는 바디(110)에 포함된 페라이트보다 상온에서 투자율이 더 높을 수 있다. 예컨대, 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트는 약 1800 ~ 2000 수준의 상온 투자율을 가질 수 있으며, 바디(110)에 포함된 페라이트보다 상온 투자율이 더 높기 때문에 상온에서는 전자 부품(100)의 투자율 변화에 큰 영향을 미치지 않는다. 그리고 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트가 상대적으로 높은 수준의 상온 투자율을 갖기 때문에 고온(큐리 온도 이상)에서 자기적 갭으로 작용하기 전까지 코일 전자 부품(100)은 고투자율 특성을 확보할 수 있다.
바디(110)에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 약 150 ~ 200℃일 수 있으며, 도 3의 그래프에서는 175℃의 큐리 온도를 나타낸다. 또한, 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 약 80 ~ 120℃일 수 있으며, 도 4의 그래프에서는 100℃의 큐리 온도를 나타낸다. 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트는 큐리 온도인 100℃ 부근에서 자성 특성을 잃고 투자율이 0이 되어 자기적 갭이 되는데 이에 따라, 도 5의 그래프에서 볼 수 있듯이 전체 영역에서 고온 투자율이 급격히 증가하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 코일 전자 부품(100)은 고온에서도 자기적 특성이 큰 변화를 보이지 않고 안정적으로 구동될 수 있다. 이러한 안정적인 구동 특성으로 인해 코일 전자 부품(100)은 광범위의 온도에서 활용되는 전장용 부품에 효과적으로 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 바디(110)와 투자율 조절층(111)은 Ni-Zn-Cu계 페라이트를 포함할 수 있으며, 도 6은 Ni-Zn-Cu계 페라이트에서 Zn 함량에 따른 포화자화(Ms)와 투자율(ui) 특성을, 도 7은 Ni-Zn-Cu계 페라이트에서 Zn 함량(x)에 따른 포화자화와 큐리 온도 특성을 나타낸다. 여기서, 도 6의 Ni-Zn-Cu계 페라이트는 Ni0.4-xZnxCu0.11Fe2O4의 조성을 가지며 900℃에서 소결한 시료를 사용하였다. 그리고 도 7의 Ni-Zn-Cu계 페라이트는 Ni1-xZnxFe2O4의 조성을 갖는다.
도 6 및 도 7의 그래프에서 볼 수 있듯이, Ni-Zn-Cu계 페라이트에서 Zn의 함량은 일정 수준까지 증가 시 투자율을 증가시키는 역할을 하지만 열 진동에 약한 특성을 갖기 때문에 큐리 온도가 낮아지는 경향을 보인다. Ni-Zn-Cu계 페라이트의 이러한 특성을 고려하였을 때, 투자율 조절층(111)에 포함된 Ni-Zn-Cu계 페라이트는 바디(110)에 포함된 Ni-Zn-Cu계 페라이트보다 Zn의 함량이 더 높은 조성을 가질 수 있다.
도 8은 변형된 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 나타내는 단면도이다. 도 9는 도 8의 코일 전자 부품에서 바디와 투자율 조절층 전체 영역에서 온도에 따른 투자율 특성을 나타낸다.
본 변형 예의 경우, 바디(110) 내에는 복수의 투자율 조절층(111, 112, 113)이 배치되며, 이는 더 넓은 온도 범위에서 투자율 특성을 균일하게 하기 위한 형태이다. 구체적으로, 복수의 투자율 조절층(111, 112, 113) 중 적어도 2개는 이에 포함된 페라이트의 큐리 온도가 서로 다른 구조이며, 본 변형 예에서는 투자율 조절층(111, 112, 113)이 3개 구비되고 이 중 2개는 큐리 온도가 서로 같고 나머지 1개는 이들과 큐리 온도가 다른 구조를 나타내었다.
복수의 투자율 조절층(111, 112, 113)은 제1 투자율 조절층(111) 및 제2 투자율 조절층(112, 113)을 포함하며, 제1 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트보다 제2 투자율 조절층(112, 113)에 포함된 큐리 온도가 더 높다. 이러한 예로서, 제1 투자율 조절층(111)에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 70 ~ 90℃이며, 제2 투자율 조절층(112, 113)에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 110 ~ 130℃일 수 있다. 그리고 상술한 바와 같이 바디(110)에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 150 ~ 200℃일 수 있다. 도 8에 도시된 형태와 같이, 제2 투자율 조절층(112, 113)은 복수 개 구비될 수 있으며, 이 경우, 제1 투자율 조절층(111)은 복수의 제2 투자율 조절층(112, 113)의 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 투자율 조절층(111)은 바디(110)의 중앙에 배치될 수 있다.
도 9의 온도 변화에 따른 투자율 그래프에서 볼 수 있듯이, 큐리 온도가 다른 복수의 투자율 조절층(111, 112, 113)을 채용함으로써 이들의 큐리 온도 부근의 복수 구간에서 갭 효과를 볼 수 있다. 따라서, 코일 전자 부품(100)은 온도 변화에 따른 투자율 특성이 더욱 균일해질 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 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
110: 바디
111, 112, 113: 투자율 조절층
120: 코일부
130: 외부 전극

Claims (14)

  1. 페라이트를 포함하는 바디;
    상기 바디에 내설된 코일부;
    상기 코일부와 전기적으로 연결된 외부 전극; 및
    상기 바디 내에 배치되며 상기 바디에 포함된 페라이트보다 큐리 온도가 낮은 페라이트를 포함하는 투자율 조절층; 을 포함하고,
    상기 투자율 조절층은 복수 개 구비되며, 상기 복수의 투자율 조절층 중 적어도 2개는 이에 포함된 페라이트의 큐리 온도가 서로 다른, 코일 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디 및 투자율 조절층에 포함된 페라이트는 각각 Ni-Zn-Cu계 페라이트인 코일 전자 부품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투자율 조절층에 포함된 Ni-Zn-Cu계 페라이트는 상기 바디에 포함된 Ni-Zn-Cu계 페라이트보다 Zn의 함량이 더 높은 코일 전자 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투자율 조절층에 포함된 페라이트는 상기 바디에 포함된 페라이트보다 상온에서 투자율이 더 높은 코일 전자 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투자율 조절층에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 80 ~ 120℃인 코일 전자 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바디에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 150 ~ 200℃인 코일 전자 부품.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 투자율 조절층은 제1 투자율 조절층 및 이에 포함된 페라이트보다 큐리 온도가 높은 페라이트를 포함하는 제2 투자율 조절층을 포함하는 코일 전자 부품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 투자율 조절층에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 70 ~ 90℃이며, 상기 제2 투자율 조절층에 포함된 페라이트의 큐리 온도는 110 ~ 130℃인 코일 전자 부품.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 투자율 조절층은 복수 개 구비되며, 상기 제1 투자율 조절층은 상기 복수의 제2 투자율 조절층의 사이에 배치된 코일 전자 부품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 투자율 조절층은 상기 바디의 중앙에 배치된 코일 전자 부품.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 투자율 조절층은 상기 바디의 중앙에 배치된 코일 전자 부품.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 코일부는 복수의 코일 패턴이 적층된 구조를 갖는 코일 전자 부품.
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