KR102662845B1

KR102662845B1 - 인덕터

Info

Publication number: KR102662845B1
Application number: KR1020180145452A
Authority: KR
Inventors: 김승희; 이종민
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2024-05-03
Also published as: KR20200060009A; US20200168387A1; CN111210982B; CN111210982A; US11887769B2

Abstract

본 발명의 인덕터는 바디, 상기 바디 내부에 매립된 코일 패턴, 상기 바디의 일 면에 배치되어 상기 코일 패턴의 양단과 각각 연결된 제1 및 제2 외부 전극 및 상기 바디 내부에 배치되어 상기 코일 패턴을 지지하는 지지부재를 더 포함하며,상기 지지부재의 상면 및 하면 사이의 중심면으로부터 상기 바디의 상면까지의 길이 a와, 상기 지지부재의 중심면으로부터 상기 바디의 하면까지의 길이 b는, b/a≥1.5를 만족한다.

Description

인덕터{INDUCTOR}

본 발명은 인덕터에 관한 것이다.

디지털 TV, 모바일 폰, 노트북 등과 같은 전자 기기의 소형화 및 박형화에 수반하여 이러한 전자 기기에 적용되는 코일 전자 부품에도 소형화 및 박형화가 요구되고 있으며, 이러한 요구에 부합하기 위하여 다양한 형태의 권선 타입 또는 박막 타입의 코일 전자 부품의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

인덕터 중 하나인 인덕터(Inductor)는 저항(Resistor) 및 커패시터(Capacitor)와 더불어 전자기기에 이용되는 대표적인 수동 전자부품이다.

전자기기가 점차 고성능화되고 작아짐에 따라 전자기기에 이용되는 전자부품은, 그 수가 증가하고 소형화되고 있다.

국내공개특허 제2018-0012618호(2018.02.06 공개) 국내공개특허 제2016-0031391호 (2016.03.22 공개)

본 발명은 하면 전극 인덕터에서 외부전극과 코일 간 거리가 작아져 발생하는 파형불량을 방지하기 위해, 하부 커버부의 두께를 상부 커버부 대비 두껍게 제작한 인덕터에 관한 발명이다.

구체적으로, 지지부재의 상면 및 하면 사이의 중심면으로부터 상기 바디의 상면까지의 길이와, 상기 지지부재의 중심면으로부터 상기 바디의 하면까지의 길이의 비율을 설계함으로써 자속 흐름을 방해하지 않는 Low Profile(저구배) 인덕터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 인덕터는 바디, 상기 바디 내부에 배치된 코일, 상기 바디의 일 면에 배치되어 상기 코일의 양단과 각각 연결된 제1 및 제2 외부 전극 및 상기 바디 내부에 배치되어 상기 코일을 지지하는 지지부재를 더 포함하며, 상기 지지부재의 상면 및 하면 사이의 중심면으로부터 상기 바디의 상면까지의 길이 a와, 상기 지지부재의 중심면으로부터 상기 바디의 하면까지의 길이 b는, b/a≥1.5를 만족한다.

본 발명에 따르면, 외부전극과 코일 간 거리가 너무 가까워져 발생하는 파형불량을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 지지부재의 상면 및 하면 사이의 중심면으로부터 상기 바디의 상면까지의 길이와, 상기 지지부재의 중심면으로부터 상기 바디의 하면까지의 길이의 비율을 조절함으로써 자속 흐름을 방해하지 않는 Low Profile(저구배) 인덕터를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 인덕터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터의 XZ방향의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터의 XZ방향의 단면도이다.

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.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 인덕터를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 인덕터의 XZ방향의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터의 XZ방향의 단면도이다.

바디(100)는, 금속 자성 분말과 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 바디(100)는 열경화성 수지 및 열경화성 수지에 분산된 금속 자성 분말을 포함하는 자성 복합 시트를 하나 이상 적층하여 형성될 수 있다. 다만, 바디(100)는 금속 자성 분말이 열경화성 수지에 분산된 구조 외에 다른 구조를 가질 수도 있다. 예컨대, 바디(100)는 페라이트와 같은 금속 자성 분말로 이루어질 수도 있다.

페라이트 분말은, 예로서, Mg-Zn계, Mn-Zn계, Mn-Mg계, Cu-Zn계, Mg-Mn-Sr계, Ni-Zn계 등의 스피넬형 페라이트, Ba-Zn계, Ba-Mg계, Ba-Ni계, Ba-Co계, Ba-Ni-Co계 등의 육방정형 페라이트류, Y계 등의 가닛형 페라이트 및 Li계 페라이트 중 적어도 하나 이상일 수 있다.

금속 자성 분말은, 철(Fe), 실리콘(Si), 크롬(Cr), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 나이오븀(Nb), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 자성 분말은, 순철 분말, Fe-Si계 합금 분말, Fe-Si-Al계 합금 분말, Fe-Ni계 합금 분말, Fe-Ni-Mo계 합금 분말, Fe-Ni-Mo-Cu계 합금 분말, Fe-Co계 합금 분말, Fe-Ni-Co계 합금 분말, Fe-Cr계 합금 분말, Fe-Cr-Si계 합금 분말, Fe-Si-Cu-Nb계 합금 분말, Fe-Ni-Cr계 합금 분말, Fe-Cr-Al계 합금 분말 중 적어도 하나 이상일 수 있다.

금속 자성 분말은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 예를 들어, 금속 자성 분말은 Fe-Si-B-Cr계 비정질 합금 분말일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

페라이트 및 금속 자성 분말은 각각 평균 직경이 약 0.1㎛ 내지 30㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

바디(100)는, 열경화성 수지에 분산된 2 종류 이상의 금속 자성 분말을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 자성 분말이 상이한 종류라고 함은, 열경화성 수지에 분산된 금속 자성 분말이 평균 직경, 조성, 결정성 및 형상 중 어느 하나로 서로 구별됨을 의미한다.

열경화성 수지는 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide), 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystal Polymer) 등을 단독 또는 혼합하여 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

바디(100)는 제1,2 코일 패턴(211, 212), 제1,2,3,4 인출 패턴(231, 242, 232, 241)이 포함된 코일 패턴을 관통하는 코어를 포함한다. 코어는 자성 복합 시트가 코일 패턴의 관통홀을 충전함으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

지지부재(IL)는 바디(100) 내부에 배치된다. 지지부재(IL)는 제1,2코일 패턴(211, 212) 및 제1,2,3,4 인출 패턴(231, 242, 232, 241)에 접촉되어 코일을 지지한다.

지지부재(IL)는, 에폭시 수지, 폴리이미드와 같은 열경화성 수지, 또는 감광성 열경화성 수지를 포함하는 절연자재로 형성되거나, 이러한 열경화성 수지에 유리 섬유 또는 무기 필러와 같은 보강재가 함침된 절연자재로 형성될 수 있다. 예로서, 지지부재(IL)는 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine) 필름, PID(Photo Imagable Dielectric) 필름등의 절연자재로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

무기 필러로는 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 탄화규소(SiC), 황산바륨(BaSO₄), 탈크, 진흙, 운모가루, 수산화알루미늄(AlOH₃), 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산마그네슘(MgCO₃), 산화마그네슘(MgO), 질화붕소(BN), 붕산알루미늄(AlBO₃), 티탄산바륨(BaTiO₃) 및 지르콘산칼슘(CaZrO₃)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.

지지부재(IL)가 보강재를 포함하는 절연자재로 형성될 경우, 지지부재(IL)는 보다 우수한 강성을 제공할 수 있다. 지지부재(IL)가 유리섬유를 포함하지 않는 절연자재로 형성될 경우, 지지부재(IL)는 코일 패턴 전체의 두께를 박형화하는데 유리하다. 지지부재(IL)가 감광성 열경화성 수지를 포함하는 절연자재로 형성될 경우, 코일 패턴 형성을 위한 공정 수가 줄어들어 생산비 절감에 유리하고, 미세한 비아를 형성할 수 있다.

코일 패턴(211, 212)은 바디(100)에 매립되어, 인덕터의 특성을 발현한다. 예를 들면, 본 실시예의 인덕터(1000)이 파워 인덕터로 활용되는 경우, 코일 패턴은 전기장을 자기장으로 저장하여 출력 전압을 유지함으로써 전자 기기의 전원을 안정시키는 역할을 할 수 있다.

코일 패턴(211, 212)은 상기 지지부재의 서로 대향하는 제1면 및 제2면에 배치되며 제1,2 코일 패턴(211, 212), 제1,2,3,4 인출 패턴(231, 242, 232, 241)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 코일 패턴(211, 212)는 포토 리소그래피 공법 또는 도금 공법을 이용하여 형성될 수 있다.

구체적으로, 도 2 및 도 4의 방향을 기준으로, 바디(100)와 대향되는 지지부재(IL)의 하면에 제1 코일 패턴(211), 제1 인출 패턴(231) 및 제3 인출 패턴(232)이 배치되고, 지지부재(IL)의 상면에 제2 코일 패턴(212), 제2 인출 패턴(242) 및 제4 인출 패턴(241)이 배치된다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 지지부재(IL)의 하면에서 제1 코일 패턴(211)은 제1 인출 패턴(231)과 접촉 연결되고, 제1 코일 패턴(211) 및 제1 인출 패턴(231)은 제3 인출 패턴(232)과 이격된다. 또한, 지지부재(IL)의 상면에서 제2 코일 패턴(212)은 제2 인출 패턴(242)과 접촉 연결되고, 제2 코일 패턴(212) 및 제2 인출 패턴(242)은 제4 인출 패턴(241)과 이격된다. 또한, 제1 연결 전극(510)은 지지부재(IL)를 관통하여 제1 인출 패턴(231)과 제4 인출 패턴(241)에 각각 접촉되고, 제2 연결 전극(520)은 지지부재(IL)를 관통하여 제3 인출 패턴(232)과 제2 인출 패턴(242)에 각각 접촉된다. 이렇게 함으로써, 코일 패턴은 전체적으로 코어를 중심으로 하나 이상의 턴(turn)을 형성한 하나의 코일로 기능할 수 있다.

제1 코일 패턴(211)과 제2 코일 패턴(212) 각각은, 코어를 축으로 적어도 하나의 턴(turn)을 형성한 평면 나선의 형태일 수 있다. 예로서, 제1 코일 패턴(211)은 지지부재(IL)의 하면에서 코어를 축으로 적어도 하나의 턴(turn)을 형성할 수 있다.

코일 패턴(211, 212), 연결 전극(510, 520), 인출 패턴(231, 242, 232, 241) 중 적어도 하나는, 적어도 하나 이상의 도전층을 포함할 수 있다.

예로서, 제2 코일 패턴(212), 제2,4 인출 패턴(241, 242) 및 연결 전극(510, 520)을 지지부재(IL)의 타면 측에 도금으로 형성할 경우, 제2 코일 패턴(212), 제2,4 인출 패턴(241, 242) 및 연결 전극(510, 520)은 각각 무전해도금층 등의 시드층과 전해도금층을 포함할 수 있다. 여기서, 전해도금층은 단층 구조일 수도 있고, 다층 구조일 수도 있다. 다층 구조의 전해도금층은 어느 하나의 전해도금층을 다른 하나의 전해도금층이 커버하는 컨포멀(conformal)한 막 구조로 형성될 수도 있고, 어느 하나의 전해도금층의 일면에만 다른 하나의 전해도금층이 적층된 형상으로 형성될 수도 있다. 제2 코일 패턴(212)의 시드층, 제2,4 인출 패턴(241, 242)의 시드층 및 연결 전극(510, 520)의 시드층은 일체로 형성되어 상호 간에 경계가 형성되지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 코일 패턴(212)의 전해도금층, 제2,4 인출 패턴(241, 242)의 전해도금층 및 연결 전극(510, 520)의 전해도금층은 일체로 형성되어 상호 간에 경계가 형성되지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

코일 패턴(311, 312), 제1,3 인출 패턴(231, 232), 제2,4 인출 패턴(242, 241) 및 비아(321, 322, 323) 각각은, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 4를 참조하면, 제1,2 인출 패턴(231, 242)이 존재하면 제3,4 인출 패턴(232, 241)은 코일 패턴의 나머지 구성들 간의 전기적 연결과 무관하므로, 본 발명에서 생략될 수 있다.

도 1,2,3,4를 참조하면, 외부전극(300, 400)은 바디(100)의 일 면에 서로 이격 배치되어 바디 내부의 코일의 양단과 각각 연결된다. 도 1 및 도 3에는 바디(100)의 폭이 외부전극(300, 400)의 바디(100) 폭 방향(Y) 길이와 동일함을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로 외부전극(300, 400)의 크기는 도 1과 달리 형성될 수 있다.

외부전극(300, 400)은 단층 또는 복수 층의 구조로 형성될 수 있다. 예로서, 제1 외부전극(300)은, 구리를 포함하는 제1 층, 제1 층 상에 배치되고 니켈(Ni)을 포함하는 제2 층 및 제2 층 상에 배치되고 주석(Sn)을 포함하는 제3 층으로 구성될 수 있다. 다른 예로서, 제1 외부전극(300)은, 도전성 분말과 수지를 포함하는 수지 전극과, 수지 전극 상에 도금 형성된 도금층을 포함할 수 있다.

외부전극(300, 400)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 상기 지지부재의 상면 및 하면 사이의 중심면으로부터 상기 바디의 상면까지의 길이 a와 상기 지지부재의 중심면으로부터 상기 바디의 하면까지의 길이 b는, b/a≥1.5를 만족한다. 특히, 1.5≤b/a≤1.7/0.8 의 조건을 만족하는 a와 b의 비율을 특정함으로써, Low profile 인덕터에서 외부전극과 코일 사이가 좁아져 발생하는 파형 불량을 방지함과 동시에 인덕턴스 용량을 확보하고자 하였다.

한편, 본 발명의 발명자들은 다음의 조건으로 인덕터를 제조하여 파형 불량의 유무 및 용량 구현 가능성을 비교하였다. 각각의 비교예와 실시예들에서 지지부재의 상면 및 하면 사이의 중심면으로부터 상기 바디의 상면까지의 길이 a와, 상기 지지부재의 중심면으로부터 상기 바디의 하면까지의 길이 b를 달리함으로써 제품의 특성을 비교하였다.

구분	a:b	파형 불량 유무	용량 구현 가능성
비교 예 1	5:5	유	가능
비교 예 2	4.5:5.5	유	가능
실시 예 1	4:6	무	가능
실시 예 2	3.8:6.2	무	가능
실시 예 3	3.5:6.5	무	가능
실시 예 4	3.3:6.7	무	가능
실시 예 5	3.2:6.8	무	가능
비교 예 3	3:7	무	불가능
비교 예 4	2:8	칩 구현 불가능	불가능

상기 구현된 부품들을 비교한 결과, 우선, 파형 불량에 관하여는 a:b가 4:6 내지 3:7인 경우 불량성이 없거나 작은 것으로 나타났다. 인덕턴스 용량에 관하여는 a:b가 5:5 내지 3.2:6.8인 경우 특성 구현이 가능하였다. 결론적으로, 본 실시 형태에서 제안하는 a와 b의 비율이 4:6 내지 3.2:6.8인 경우 외부전극과 코일 간의 파형 불량을 방지하면서 인덕턴스 용량도 구현할 수 있었다. 이에, 본 발명에서는, 길이 a와 b의 관계를 나타내는 파라미터 b/a를 정의하고, b/a≥1.5인 경우 파형 불량 방지 및 용량 구현 특성이 있음을 나타내면서, 그 중 특히 b/a≤1.7/0.8인 경우 상기의 특성들이 극대화됨을 뒷받침하고 있다.

연결전극(510, 520)은 바디(100)를 관통하여 제1 및 제2 외부전극(300, 400)과 제1,2 코일 패턴(211, 212)을 연결한다. 제1 연결전극(510)은 제1 외부전극(300)과 제1 인출 패턴(231)을 연결하고, 제2 연결전극(520)은 제2 외부전극(400)과 제3 인출 패턴(232)을 연결한다. 연결전극(510, 520)은 인출 패턴으로부터 제1 및 제2 외부전극(300, 400)으로 연장된다.

연결전극(510, 520)은 바디(100)를 형성하기 위해 자성 복합 시트를 적층하는 공정 전에 제1,3 인출 패턴(231, 232)에 형성되거나, 자성 복합 시트를 적층한 후 자성 복합 시트의 적어도 일부를 관통하는 홀을 형성하고 홀에 도전성 물질을 충전함으로써 형성될 수 있다. 전자의 경우, 연결전극(510, 520)을 전해도금으로 형성함에 있어 시드층이 필요하지 않으므로 연결전극(510, 520)은 전해도금층만으로 형성될 수 있다. 또한, 후자와 비교할 때 제1,3 인출 패턴(231, 232)을 노출하도록 바디(100)에 홀을 가공할 필요가 없으므로 연결전극(510, 520)과 제1,3 인출 패턴(231, 232) 간의 정합을 보다 정교하게 맞출 수 있고, 스트립 레벨 또는 판넬 레벨에서 복수의 유닛 코일에 일괄적으로 형성할 수 있다. 후자의 경우, 홀과 연결전극(510, 520) 사이, 및 제1,3 인출 패턴(231, 232)과 연결전극(510, 520) 사이에는 무전해도금층 등의 시드층이 개재될 수 있다.

상기 연결 전극(510, 520)은 바디 외부로 노출된 형태일 수도 있고, 바디 내부에 배치된 형태일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

연결전극(510, 520)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도시하지는 않았으나, 본 실시 형태는, 제1,3 인출 패턴(231, 232), 코일 패턴(311, 312), 지지부재(IL), 제2,4 인출 패턴(242, 241)의 표면을 따라 형성된 절연막을 더 포함할 수 있다. 절연막은 제1,3 인출 패턴(231, 232), 코일 패턴(311, 312) 및 제2,4 인출 패턴(242, 241)를 바디(100)로부터 절연시키기 위한 것으로, 패럴린 등의 공지의 절연 물질을 포함할 수 있다. 절연막에 포함되는 절연 물질은 어떠한 것이든 가능하며, 특별한 제한은 없다. 절연막은 기상증착 등의 방법으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 절연필름을 지지부재(IL)의 양면에 적층함으로써 형성될 수도 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경 또는 삭제 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 바디
300, 400: 외부 전극
211, 212: 코일 패턴
510, 520: 연결전극
1000: 인덕터
IL: 지지부재
231, 242, 232, 241: 제 1,2,3,4 인출 패턴

Claims

바디;
상기 바디 내부에 매립된 코일 패턴;
상기 바디의 일 면에 배치되어 상기 코일 패턴의 양단과 각각 연결된 제1 및 제2 외부 전극; 및
상기 바디 내부에 배치되어 상기 코일 패턴을 지지하는 지지부재를 더 포함하며,
상기 지지부재의 상면 및 하면 사이의 중심면으로부터 상기 바디의 상면까지의 길이 a와, 상기 지지부재의 중심면으로부터 상기 바디의 하면까지의 길이 b는, 4>b/a≥1.5를 만족하는, 인덕터.　
제1항에 있어서,
b/a≤1.7/0.8을 만족하는, 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 코일 패턴은 상기 지지부재의 서로 대향하는 제1면 및 제2면에 배치된, 인덕터.
제1항에 있어서,
상기 코일 패턴과 제1 및 제2 외부전극을 연결하는 연결 전극을 더 포함하는, 인덕터.
제4항에 있어서,
상기 연결 전극은 바디 외부로 노출된, 인덕터.
제4항에 있어서,
상기 연결 전극은 바디 내부에 배치된, 인덕터.
제 1항에 있어서,
상기 바디는 금속자성분말과 열경화성 수지를 포함하는, 인덕터.
제7항에 있어서,
상기 금속자성분말은 Fe, Si, Cr, Al 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 합금인, 인덕터.