KR102609136B1 - 코일 전자부품 - Google Patents

Abstract

본 개시는 관통홀을 포함하는 지지 부재, 상기 지지 부재에 의해 지지되고, 복수의 코일 패턴을 포함하 상부 및 하부 코일, 상기 상부 및 하부 코일을 연결하는 비아, 및 상기 지지 부재에 의해 지지되고, 서로 인접한 코일 패턴을 절연하는 절연벽을 포함하는 바디; 및 상기 바디의 외부면 상에 배치되는 외부전극; 을 포함하고, 상기 비아는 상기 관통홀의 경계면의 적어도 일부에 형성된다.

Description

코일 전자부품 {COIL ELECTRONIC COMPONENT}

본 개시는 코일 전자부품에 관한 것이고, 특히, 고용량 및 소형화된 박막형 파워 인덕터에 관한 것이다.

스마트폰과 같은 전자제품이 소형화, 고성능화 됨에 따라 그 제품 안에 탑재되는 전자부품도 소형화와 고성능화가 동시에 요구된다. 따라서, 파워 인덕터 중 소형화에 유리한 박막형 파워 인덕터에 대한 개발이 요구되는 실정이다.

일본특허공개공보 제1999-204337호

본 개시가 해결하고자 하는 여러 과제 중 하나는 복수의 코일 패턴의 도금 불균일을 해소한 코일 전자부품을 제공하는 것이다.

본 개시의 일 예에 따른 코일 전자부품은 바디 및 상기 바디의 외부면 상에 배치되는 외부전극을 포함한다. 상기 바디는 관통홀을 포함하는 지지 부재, 상기 지지 부재에 의해 지지되는 상부 및 하부 코일을 포함한다. 상기 상부 및 하부 코일은 비아에 의해 연결되는데, 상기 비아는 상기 지지 부재의 상기 관통홀의 모서리의 적어도 일부에 형성된다.

본 개시의 여러 효과 중 하나는 코일 패턴의 불균일을 저감하여 전기적 특성의 열화를 개선하고, 코어 면적을 극대화함으로써 투자율을 증가시킨 코일 전자부품을 제공하는 것이다.

도1 은 본 개시의 제1 실시예에 따른 코일 전자부품의 사시도이다.
도2 는 도1 의 상면에서 바라본 평면도이다.
도3 은 도1 의 I-I'선을 따라 절단한 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 코일 전자부품을 설명하되, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

도1 은 본 개시의 제1 실시예에 따른 코일 전자부품 (100) 의 사시도이고, 도2 는 도1 의 내부 코일을 상면에서 바라본 평면도이고, 도3 은 도1 의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.

도1 내지 도3 을 참조하면, 코일 전자부품 (100) 은 바디 (1) 및 상기 바디의 외부면 상에 배치되는 외부전극 (21, 22) 을 포함한다.

상기 바디 (1) 는 코일 전자부품의 외관을 구성하며, 두께(T) 방향으로 마주하는 상면 및 하면, 길이(L) 방향으로 마주하는 제1 단면 및 제2 단면, 폭(W) 방향으로 마주하는 제1 측면 및 제2 측면을 포함하여 실질적으로 육면체 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 바디 (1) 는 자성 물질 (11) 을 포함하는데, 상기 자성 물질은 자성 특성을 가지는 재질이면 제한없이 포함될 수 있으며, 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 물질 (11) 에 의해 내부 코일 (12) 이 봉합되고, 상기 내부 코일은 상부 코일 (121) 및 하부 코일 (122) 을 포함하며, 상기 상부 및 하부 코일의 각각은 지지 부재 (13) 의 상면 및 하면에 의해 지지된다.

먼저, 지지 부재 (13) 를 살펴보면, 상기 지지 부재 (13) 는 상부 및 하부 코일을 절연시킬 수 있는 재질이면 제한없이 적용될 수 있다. 절연시킬 수 있는 재질은 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들에 유리 섬유 또는 무기 필러와 같은 보강재를 함침한 수지, 예를 들어, 프리프레그가 사용될 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 지지 부재 (13) 는 상면으로부터 하면을 관통하는 관통홀 (H) 을 포함하는데, 상기 관통홀은 자성 물질에 의해 충진됨으로써 자속의 흐름을 원활히 하고 투자율을 개선시킨다. 또한, 상기 관통홀의 경계면 (HS) 의 적어도 일부는 비아 (1212) 와 접한다.

상기 관통홀의 경계면을 활용하여 비아를 형성하기 때문에, 상기 지지 부재 (13) 는 관통홀 근방에 별도의 비아홀을 마련할 필요성이 없다.

이처럼, 별도의 비아홀이 형성되지 않기 때문에, 지지 부재의 관통홀 (H) 의 면적을 극대화할 수 있게 된다. 그 결과, 투자율을 개선하고, 내부 코일에서 발생되는 자속의 흐름을 원활하게 할 수 있는 것이다.

상기 비아 (1212) 가 관통홀의 경계면 (HS) 에서 차지하는 최대 선폭 (W1) 은 특별히 제한되지 않으나, 비아 이외의 코일 패턴의 평균 선폭과 실질적으로 동일한 수준으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 비아의 과도금이 발생하지 않은 것을 의미하는데, 코일 패턴의 선폭을 미세하게 하는 경우, 비아의 선폭도 유사한 수준으로 미세하게 제어할 수 있기 때문이다. 비아의 최대 선폭 (W1) 은 비아와 곧바로 연결되는 코일 패턴의 선폭 (W2) 에 대하여 0.8 배 이상 1.2 배 이하인 것이 바람직한데, 내부 코일의 전체적으로 선폭이 균일하게 유지되는 경우, 비아와 곧바로 연결되는 코일 패턴의 선폭 (W2) 은 실질적으로 코일 패턴의 평균 선폭과 동일하다. 이처럼, 비아의 최대 선폭 (W1) 이 비아 이외의 다른 코일 패턴의 20% 수준의 편차를 나타내는 경우, 코일 패턴의 불균일 성장으로 인한 특성 저하가 방지될 수 있다.

도2 를 참조하면, 비아는 코일 패턴이 권취되는 방향으로부터 소정의 각도 (θ) 를 형성하도록 형성되는데, 상기 소정의 각도는 180° 미만인 것이 타당하다. 이는, 비아가 지지 부재의 관통홀의 경계면을 따라 연장되도록 구성되는 구조를 가지기 때문에 상부 코일로부터 하부 코일로 연결되기 위해서는 필연적으로 형성되는 각도를 의미한다. 보다 바람직하게는, 비아가 코일 패턴이 권취되는 방향으로부터 직각으로 인출될 수 있다. 이 경우, 비아의 크기를 최소화하면서, 코일 코어 중심의 자성 물질 충진율을 최대화할 수 있기 때문에, 전기적 특성값에 유리하다. 이 때, 비아가 형성되는 상기 각도 (θ) 는 지지 부재 상에 라미네이트된 절연벽의 개구 패턴을 패터닝하면서 결정하는 것이 공정 편의상 바람직하다.

이와 관련하여, 종래 코일 전자부품의 경우에는, 비아가 관통홀의 모서리 상에 형성되는 구조가 아니라, 관통홀 근방에서 관통홀과 별개로 형성된 비아홀을 충진하는 구조로 설계되기 때문에, 비아 가 코일 패턴의 권취되는 방향으로부터 별도의 방향 변경 없이 그대로 지지 부재의 비아홀을 따라 형성된다는 점에서 본 개시의 코일 전자부품 (100) 과 구별된다.

비아 (1212) 는 복수의 전도성 패턴층이 적층된 적층 구조를 가지는데, 이를 자세히 설명하기 위하여 도3 의 A 영역을 확대한 도면을 참조한다.

도3 의 A 영역의 확대도를 참조하면, 비아 (1212) 는 적어도 제1 내지 제5 전도성 패턴층으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제5 전도성 패턴층이 모두 포함되어야만 하는 것은 아니며, 상기 전도성 패턴층 이외에 추가의 전도성 패턴층이 포함될 수 있는 것을 제한하는 것은 아니다. 추가의 전도성 패턴층은 당업자가 코일의 종횡비를 증가시키기 위하여 추가할 수 있으며, 이방 도금 및/또는 등방 도금을 공정 요건을 고려하여 적절히 조합할 수 있다.

상기 비아 (1212) 는 지지 부재의 상면 또는 하면과 접하며 복수의 전도성 패턴층들 중 최하층에 배치되는 제1 전도성 패턴층 (1212a) 을 포함한다. 상기 제1 전도성 패턴층은 지지 부재를 마련할 때 미리 준비된 구리(Cu) 동박층일 수 있다. 상기 제1 전도성 패턴층의 두께는 특별한 제한이 없으나, CCL (Copper Clad Laminate) 의 통상적인 동방층의 두께를 고려할 때, 20㎛ 내외인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 전도성 패턴층은 구리 동박층 이외에 별도의 스퍼터링 공정을 활용하여 박막층을 형성한 것일 수도 있는데, 이 경우, 몰리브덴 (Mo), 니켈 (Ni) 등 도금 공정에서 사용될 수 있는 금속 이외에 다양한 금속을 선택할 수 있어서, 재질 선택의 자유도가 증가할 수 있다.

상기 제1 전도성 패턴층 (1212a) 은 관통홀의 경계면과는 접하지 않는 구조를 가진다. 이는, 제1 전도성 패턴층이 지지 부재를 준비하는 것과 동시에 준비되었고, 그 후, 관통홀이 형성되었기 때문에, 공정 순서를 고려할 때, 관통홀의 경계면에 상기 제1 전도성 패턴층이 형성될 여지가 없는 것이다. 구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 제1 전도성 패턴층이 관통홀의 경계면과 접하도록 지지 부재의 상면 및 하면과 관통홀의 경계면을 전체적으로 감싸는 구조로 구성될 수 있는 것은 물론이며, 이 경우, 상기 제1 전도성 패턴층을 무전해 도금 공정을 적용하여 형성하는 것이 바람직하다.

다음, 상기 제1 전도성 패턴층 (1212a) 상에는 제2 전도성 패턴층 (1212b) 이 배치된다. 상기 제2 전도성 패턴층 (1212b) 을 형성하는 방식에는 특별한 제한이 없으나, 예를 들어, 화학동도금으로 형성할 수 있다. 상기 제2 전도성 패턴층 (1212b) 은 상부 코일의 제1 전도성 패턴층의 상면을 모두 감싸고, 연속적으로 관통홀의 경계면 및 하부 코일의 제1 전도성 패턴층의 상면을 모두 감싸도록 형성된다. 실질적으로, 제2 전도성 패턴층은 비아가 관통홀의 내부를 관통하여 형성되는 베이스 패턴층의 기능을 한다. 상기 제2 전도성 패턴층의 두께는 크게 제한되지 않으나, 베이스 패턴층으로서 기능하는 것이며 실질적으로 코일의 종횡비를 증가시키기 위한 패턴층이 아니기 때문에 두껍게 형성할 필요성은 작다. 예를 들어, 상기 제2 전도성 패턴층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛ 인 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다.

다음, 상기 제2 전도성 패턴층(1212b)을 베이스 패턴층으로 하여 상기 제2 전도성 패턴층(1212b)을 감싸도록 제3 전도성 패턴층(1212c)이 더 형성된다. 제3 전도성 패턴층(1212c)은 드라이 필름을 이용해 패터닝한 후 이를 충진하는 방식으로 형성될 수 있다. 전기 전도성이 우수한 재질이면 제한없이 이용될 수 있으며, 예를 들어, 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함할 수 있다. 상기 제3 전도성 패턴층(1212c)은 제2 전도성 패턴층(1212b)과 마찬가지로 관통홀의 내부를 관통하도록 형성된다.

한편, 비아 (1212) 의 모서리의 적어도 일부는 직선으로 형성할 수가 있다. 드라이 필름을 비아 형성을 위한 가이드로 사용하면, 비아가 직선의 모서리를 가지도록 형상 제어가 가능하다. 이는, 비아의 과도한 도금이 효과적으로 방지될 수 있는 것을 의미한다.

다음, 상기 제3 전도성 패턴층(1212c) 상에는 제3 전도성 패턴층(1212c)에 비해 상대적으로 얇은 제4 전도성 패턴층(1212d)이 형성될 수 있고, 일종의 덧도금으로 볼 수 있다. 또한, 상기 제4 전도성 패턴층(1212d) 상에는 제5 전도성 패턴층(1212e)으로서 실질적으로 코일 패턴의 종횡비를 증가시키는 이방 도금층이 형성될 수 있다.

상기 비아 (1212) 의 경우, 일정 크기 이상의 비아패드를 구성할 필요가 없기 때문에, 비아 이외의 코일 패턴의 선폭과 동일하거나 유사한 수준으로 비아 선폭을 제어할 수가 있다. 그 결과, 코일 패턴의 선폭 및 두께 편차가 현저히 저감될 수 있다.

한편, 상기 비아 이외에 상부 및 하부 코일을 형성하는 복수의 코일 패턴 (123) 이 상기 지지 부재에 의해 지지된다. 상기 복수의 코일 패턴은 지지 부재에 의해 지지되는 절연벽 (124) 의 개구부 (124h) 내를 충진하도록 형성된다. 상기 복수의 코일 패턴은 상기 절연벽을 일종의 도금 성장의 가이드 (guide) 로 하여 성장하기 때문에, 코일 패턴의 선폭이 실질적으로 동일하게 유지될 수 있으며, 고종횡비의 코일을 안정적으로 형성할 수 있다. 상기 코일 패턴이 상기 개구부 내 충진되는 두께는 절연벽의 두께와 동일하거나 얇은 것이 바람직한데, 이는 서로 인접하는 코일 패턴 간의 쇼트를 방지하는데 유리하기 때문이다. 또한, 코일 패턴이 개구부 내를 충진한 후, 절연체로부터 돌출되는 부분이 있는 등 코일 패턴과 절연벽 간의 단차가 있는 경우, 소정의 연마 공정을 통해 상기 단차를 없앨 수 있다.

또한, 코일 패턴과 절연벽을 모두 형성한 후, 코일 패턴과 자성 물질 간의 절연을 위해 코일 패턴과 절연벽을 모두 감싸도록 추가의 절연층을 형성할 수 있다. 상기 추가의 절연층의 구체적인 형성 방식에는 제한이 없으며, 상기 코일 패턴과 상기 자성 물질 간의 절연 기능을 하는 것이면 충분하다. 구체적으로, 절연층을 절연 수지의 화학기상증착 (CVD) 을 이용하여 형성할 수 있거나, 코일 패턴과 절연벽의 상면 만을 덮도록 절연 시트를 라미네이팅하는 방식을 이용하여 형성할 수 있다.

상기 코일 패턴의 최내측 코일 패턴은 비아와 직접 연결됨으로써, 상부 코일의 최내측 코일 패턴에서 비아를 지나 하부 코일의 최내측 코일 패턴으로의 전기적 흐름을 가능하게 한다.

상기 최내측 코일 패턴의 내측면과 외측면 중 상기 외측면 만이 절연벽과 접하는 것이 바람직한데, 이는 최내측 코일 패턴의 내측면 쪽의 절연벽이 없는 경우, 관통홀 내를 충진하는 자성물질의 충진량이 증가되어 투자율을 크게 할 수 있기 때문이다. 한편, 상기 최내측 코일 패턴의 내측면과 접하는 절연벽이 없게 하기 위한 방식은 제한이 없으나, 최내측 코일 패턴이 다른 코일 패턴과 마찬가지로 도금 방향의 전체에 걸쳐 실질적으로 동일한 선폭을 가지도록 하기 위해서는, 최내측 코일 패턴의 양 측면의 전체에 절연벽을 유지하고, 최내측 코일 패턴의 형성을 완료한 후 최내측 코일 패턴의 내측면과 접하는 절연벽만을 선택적으로 제거하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 내부 코일 형성을 완료한 후, 관통홀을 형성하기 위한 캐비티 공정을 실시할 때, 절연벽의 일부를 선택적으로 제거하는 방식을 활용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 개시는 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: 코일 전자부품
1: 바디
11: 자성 물질
12: 내부 코일
121, 122: 상부 및 하부 코일
1212: 비아
13: 지지 부재
21, 22: 제1 및 제2 외부전극

Claims (13)

1. 관통홀을 포함하는 지지 부재, 상기 지지 부재에 배치되고, 복수의 코일 패턴을 포함하는 상부 및 하부 코일, 상기 상부 및 하부 코일을 연결하는 비아, 및 서로 인접한 코일 패턴을 절연하는 절연벽, 및 자성 물질을 포함하는 바디; 및
   상기 바디의 외부면 상에 배치되는 외부전극; 을 포함하고,
   상기 비아는 상기 관통홀의 경계면의 일부를 따라 형성되어 상기 지지 부재의 상면 및 하면까지 적어도 일부가 연속적으로 연장되는 복수의 전도성 패턴층을 포함하고,
   상기 복수의 전도성 패턴층은, 상기 지지 부재의 상면 및 하면에 이격 배치되는 제1 전도성 패턴층, 및 상기 제1 전도성 패턴층과 상기 관통홀의 경계면을 일체로 커버하는 제2 전도성 패턴층을 포함하는,
   코일 전자부품.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 전도성 패턴층 중 상기 제1 전도성 패턴층을 제외한 나머지 층들은 상기 관통홀을 관통하도록 배치되는,
   코일 전자부품.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 절연벽은 개구 패턴을 포함하고, 상기 개구 패턴 내에 상기 코일 패턴이 배치된,
   코일 전자부품.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 절연벽은 상기 코일 패턴의 형상과 대응하는 형상을 포함하는,
   코일 전자부품.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 절연벽은 상기 코일 패턴의 최내측 턴의 내측면과 외측면 중, 상기 외측면과 접하는,
   코일 전자부품.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 절연벽은 퍼머넌트 타입의 감광성 절연 물질을 포함하는,
   코일 전자부품.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 관통홀은 상기 자성 물질에 의해 충전된,
   코일 전자부품.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 관통홀의 경계면 중 상기 비아가 형성된 경계면을 제외한 경계면은 절연층 또는 상기 자성 물질과 접촉하는,
   코일 전자부품.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 상부 및 하부 코일은 복수의 코일 패턴을 포함하고, 상기 복수의 코일 패턴의 각각은 복수의 도전층으로 구성되는,
   코일 전자부품.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 도전층 중 상기 지지 부재의 상면 또는 하면과 접촉하는 제1 도전층의 선폭은 상기 제1 도전층의 상면과 접하는 제2 도전층의 선폭과 동일한,
    코일 전자부품.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 비아의 최대 선폭은 상기 비아와 물리적으로 연결되는 상기 코일 패턴의 선폭에 대하여 0.8 배 이상 1.2 배 이하인,
    코일 전자부품.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 바디의 상면에서 바라본 상기 비아 단면의 모서리의 적어도 일부는 직선인,
    코일 전자부품.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 비아는 상기 상부 또는 하부 코일의 코일 패턴을 권취하는 방향과 180도 미만의 각도 (θ)를 형성하는 방향으로 형성된,
    코일 전자부품.