KR20010015921A - 인덕터 코일 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인덕터 몸체를 형성하는 자성 물질로 둘러싸인 콘덕더 코일을 포함하는 대전류, 소형의 인덕터에 관한 것이다. 인덕터 코일은 사인형태로 절단되어 나선형 코일을 형성하기 위해 아코디언 형태로 접히는 평면판으로부터 형성된다.

Description

인덕터 코일 구조 및 그 제조 방법 {INDUCTOR COIL STRUCTURE AND METHOD FOR MAKING SAME}
종래 기술에서 인덕터 코일은 여러 나선형태로 형성된 여러 형태의 물질로부터 구현되었다. 그러나, 제조가 간단하며 효율적이고 신뢰성 있는 인덕터 코일을 제공하는 개선된 인덕터 코일이 필요하다.
본 발명은 인덕터 코일 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 코일 구조는 일반적으로 IHLP라는 대전류 소형 인덕터에서 바람직하게 사용된다. 그러나, 특정 코일 구조는 다른 유형의 인덕터에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 구성되고 회로 기판 상에 장착된 인덕터의 투시도이다.
도 2는 주조 공정 전의 인덕터 코일의 화면도이다.
도 3은 주조 공정이 완료된 후, 그러나 리드가 형성되기 전의 본 발명의 인덕터의 화면도이다.
도 4는 도 2의 라인(4-4)을 따라 얻어진 정단면도이다.
도 5는 도 4의 라인(5-5)을 따라 얻어진 정면도이다.
도 6은 인덕터 코일이 형성된 긴 도체판의 투시도이다.
도 7은 이 도체판의 대향 측면 에지로부터 내부로 연장되는 슬롯을 형성한 후의 도 6의 도체판을 도시한 도이다.
도 8은 도 7과 유사하고 본 발명의 인덕터 코일 형성시 제 1 접는 단계를 도시한 도이다.
도 9는 도 8에서 도시된 것과 동일한 접는 단계를 도시한 측면도이다.
도 10은 도 8과 유사하고 본 발명의 인덕터 코일을 제조하는 공정의 제 2 접는 단계를 도시한 도이다.
도 11은 인덕터가 주조된 후, 그러나 리드가 형성되기 전의 인덕터의 반전된 화면도이다.
도 12는 도 11과 유사하고 리드를 부분적으로 형성한 후의 인덕터를 도시한 도이다.
도 13은 리드 형성의 완료 후의 도 11 및 12와 유사한 도이다.
따라서, 본 발명의 주 목적은 개선된 인덕터 코일 구조 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인덕터 내에 공기층이 없는 대전류 소형 인덕터에 사용될 수 있고, 코일을 완전히 둘러싸는 자성 물질을 포함하는 인덕터 코일 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자기(self)-차폐 능력을 가지는 폐쇄 자기(magnetic) 시스템을 포함하는 인덕터 코일 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 인덕터의 크기가 최소화될 수 있도록 소정의 인덕턴스 성능에 필요한 공간의 이용을 극대화시키는 인덕터 코일 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 인덕터 코일 구조와는 달리 보다 소형이고 경제적으로 제조 가능하며, 그리고 포화되지 않고 더 많은 전류를 받아들일 수 있는 인덕터 코일 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 인덕터의 직렬 저항을 감소시키는 인덕터 코일 구조를 제공하는 것이다.
전술한 목적은 제 1 및 제 2 코일 단부를 가지는 도체 코일로 구성된 대전류 소형 인덕터에 의해 달성될 수 있다. 인덕터 몸체를 형성하는 자성 물질은 도체 코일을 둘러싼다. 인덕터 코일은 코일축을 따라 축방향으로 진행하는 거의 나선형의 경로로 길이방향 코일축 주위에 연장되는 다수의 코일 권선로 구성된다. 코일 권선은 제 1 및 제 2의 대향 평면을 가지는 평면판에 형성되고, 코일 권선이 형성된 각 평면의 적어도 일부는 코일축에 대해 축방향으로 대면한다.
인덕터 제조 방법은 제 1 단부, 제 2 단부, 대향 측면 에지, 대향 평면, 및 길이방향 판축을 가지는 긴 판도체를 얻는 단계를 포함한다. 판도체를 판축에 대해 가로로 연장되는 다수의 교차 부분 및 판축에 대해 대략 축방향으로 연장되는 다수의 접속 부분으로 형성하기 위하여 판도체의 각각의 대향 측면 에지가 절단되어 다수의 슬롯이 형성된다. 접속 부분과 교차 부분은 사인형 경로로 연장되는 연속 도체에 함께 접속된다. 전술한 바와 같이 "사인형"이라는 용어는 일반적으로 사인곡선을 따르는 임의의 형태를 가리키지만, 연속곡선에 제한되지 않고, 정점(apex), 네모진 코너 또는 다른 여러 형태를 포함할 수 있다.
판도체를 각각 교차 부분 중 하나 및 접속 부분 중 하나의 일부로 구성된 다수의 아코디언식 폴드로 형성하기 위하여, 판도체의 대향 측면 에지의 슬롯을 절단한 후에 접속 부분은 판축에 대해 가로로 연장되는 하나 이상의 굽힘축을 따라 굽어진다. 형성된 구조에서, 교차 부분 및 접속 부분은 제 1 및 제 2의 대향단부를 가지는 대략 나선형의 연속 도체 코일을 형성한다.
도 1에서, 도면 부호(10)는 일반적으로 회로 기판(12) 상에 장착된 본 발명의 인덕터를 나타낸다. 인덕터(10)는 인덕터 몸체로부터 연장되어 몸체(14)의 대향측에서 접히는 제 1 리드(16) 및 제 2 리드(18)를 가지는 인덕터 몸체(14)를 포함한다. 리드(16, 18)는 납땜되거나 그렇지 않으면 회로 기판(12)상에 전기 접속된다.
도 2에서, 본 발명의 인덕터 코일은 보통 도면부호(20)로 표시된다. 리드(16, 18)는 코일(22) 양단을 형성한다. 수평 다리(28) 및 수직 다리(30)로 각각 구성된 다수의 L형 코일 부분(26)은 리드(16, 18) 사이에 위치한다. 수직 다리(30)는 인덕터 코일(20)을 아코디언과 유사한 형태로 형성하기 위하여 약 180°로 접히는 접속 부분(32)에서 끝난다. L형 코일 부분은 길이방향 코일축(36)을 따라 연장된 개방형 코일 중심부(34)를 가지는 나선형 코일을 형성하도록 함께 접속된다.
도 6-10은 코일(20)의 제조 공정을 도시한다. 우선, 도 6에서 도시된 바와 같이, 구리 또는 다른 도전물질로 형성된 빈 평면 도체판(50)은 제 1 및 제 2 단부(52, 54), 한 쌍의 대향 평면(56) 및 한 쌍의 대향 측면 에지(58, 60)를 포함한다.
도 7은 코일(20) 형성의 제 1 단계를 도시한다. 이 단계에서, 다수의 슬롯(62, 64)은 빈 평면판(50)의 각각의 대향 측면 에지(58, 60)에서 절단된다. 레이저 또는 당 분야에서 공지된 다른 절단 도구를 이용한 스탬핑 또는 절단과 같은 여러 절단 방법이 사용될 수 있다.
절단 작업이 완료될 때, 빈 판(50)은 판(50)의 길이방향 축에 대해 가로방향으로 연장되는 다수의 교차 부분(66) 및 판(50)의 길이방향 축에 대해 축방향으로 연장되는 다수의 접속 부분(67)으로 형성된 긴 사인형 몸체로 변형된다. 부분(66, 67)은 도 7에서 도시된 바와 같이 연속적인 사인형태를 형성한다.
도 8은 코일(20) 형성의 다음 단계를 도시한다. 단부(52)는 제 1 접속 부분(67)에서 180°의 굽힘(63)을 형성하도록 180°로 접힌다. 도 10은 다음의 접속부분(67)의 제 2 굽힘(65)을 도시한다. 굽힘(63, 65)은 반대방향이고, 아코디언과 유사한 구조가 도 5에서 도시된 구조와 유사한 구조가 될 때까지 반복된다.
도 5에서, 코일(20)은 빈 판(50)의 대향단부(52, 54)로부터 형성된 대향단부(16, 18)를 포함한다. 빈 판(50)의 교차 부분(66)은 코일(20)의 제 1 수평 다리(28)를 형성하고, 빈 판(50)의 접속부분(67)은 코일(20)의 제 1 수직 다리(30) 및 접속부분(32)을 형성한다.
코일(20)을 위한 바람직한 물질의 예는 99.95% 순도의 OFHC 구리 102로 형성된 구리 평면판이다.
몸체(14)의 자성 주조 물질은 철가루, 충전재, 합성수지 및 윤활제로 구성된다. 바람직한 분말 물질은 뉴저지 파리십퍼니 체리힐 로드 100에 위치한 BASF사에 의해 카로보닐 아이언, 그레이드 SQ라는 이름으로 제조된다. 이 SQ 물질은 0.875%의 질량 분율로 75%의 H3P04로 절연된다.
이 혼합물에는 에폭시 합성수지도 첨가되며, 이 목적에 부합하는 바람직한 합성수지는 펜실바니아 리딩 우편 사서함 15240의 Morton International사에 의해 Corvel Black, 번호 10-7086의 이름으로 제조된다.
또한, 혼합물에는 윤활제도 첨가된다. 윤활제는 텍사스 휴스턴 우편 사서함 45296의 Witco사에 의해 Lubrazinc W라는 이름으로 제조된 아연 스테아르산염이다.
상기 성분의 여러 조합물이 함께 혼합될 수 있지만, 바람직한 혼합은 다음과 같다:
1000 그램의 철가루.
3.3% 무게의 합성수지.
0.3% 무게의 윤활제.
상기 물질(윤활제를 제외한)이 혼합된 후에 진흑과 비슷한 조도(consistency)로 물질을 적시기 위해 아세톤이 첨가된다. 다음에 이 물질은 50 mesh의 입자 크기로 걸러진다. 그 다음에 이 물질(82)을 완성하기 위해 윤활제가 첨가된다. 그 후에 물질(82)은 압축 주조를 위해 준비된다.
공정의 다음 단계는 코일(20) 주위를 완전히 둘러싸는 물질이 인치 제곱 당 15 내지 25톤의 압력에 노출됨으로써 얻어진 밀도를 가지도록 이 물질을 압축하는 단계를 포함한다. 이것은 분말 물질(82)이 도 1 및 도 11-13에서 도시된 인덕터 몸체(14)를 형성하기 위하여 코일 주위가 빈틈없이 완전히 압축되고 주조되게 한다.
이 공정 단계에서, 주조된 어셈블리는 도 11에서 도시된 형태이다. 베이킹 단계 후에, 리드(16, 18)는 도 12 및 13에서 도시된 바와 같이 형성되거나 굽혀진다. 그 다음에, 주조된 어셈블리는 합성수지를 경화시키기 위하여 1시간 45분 동안 325℉에서 베이킹된다.
다른 인덕터 컴포넌트와 비교할 때 본 발명의 IHLP 인덕터는 여러 독특한 특징을 가진다. 도체 코일, 리드 프레임, 자성 코일 물질, 및 보호 엔클로우져는 표면 장착에 적합한 단말 리드를 가지는 일체형의 소형 결합된 몸체로서 주조된다. 이 구성은 자기 성능을 위해 이용 가능한 공간을 최대로 이용할 수 있고 자기적으로 자기-차단한다.
종래 기술 E 코어 또는 다른 형태를 가지는 경우인 것과 마찬가지로 단일 구조는 2개의 1/2 코어를 필요 없어지며, 해당 제조 노력도 덜게된다.
본 발명의 독특한 도체 권선은 대전류 동작을 허용하고 또한 인덕터 공간내의 자성 파라미터를 최적화시킨다.
본 발명의 제조 공정은 고비용, 빈틈없는 공차의 코일 물질 및 특별한 권선 기술에 의존하지 않고 저비용, 고성능 패키지를 제공한다.
자성 코어 물질은 표면 장착된 리드 사이에 도전성 경로 없이 수행되도록 제조될 때 인덕터를 동작시킬 수 있는 고저항(3 메가오옴 이상)을 가진다. 자성 물질은 또한 최대 1 MHz의 유효 동작을 허용한다. 인덕터 패키지 성능은 마이크로헨리 당 2 밀리오옴의 인덕턴스 비율로 로우 DC 저항을 산출한다. 5 미만의 비율은 매우 양호한 것으로 인정된다.
코일(20)의 독특한 구성은 제조 단가를 감소시킨다. 코일(20)은 IHLP 인덕터와는 달리 여러 인덕터 구성에서 사용될 수 있다.
도면 및 명세서에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었고, 특정 용어가 사용되지만 제한된 목적에만 국한되지 않고 포괄적이고 설명적인 의미로 사용된다. 본 발명의 다른 또는 추가의 실시예들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변형될 수 있고, 본 발명의 범위는 다음의 청구 범위에 의해 한정된다.

Claims (12)

  1. 대전류 소형 인덕터에 있어서,
    제 1 및 제 2 코일 단부를 가지며, 코일축을 따라 축방향으로 진행하는 나선형 경로로 길이방향 코일축 주위에 연장되는 다수의 코일 권선로 구성된 도체 코일을 포함하며,
    상기 코일 권선은 제 1 및 제 2 대향 평면을 가지는 평면판으로 형성되며, 상기 코일 권선의 각각의 상기 평면의 적어도 일부는 상기 코일축에 대해 축방향으로 대면하는 것을 특징으로 하는 대전류 소형 인덕터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 코일 권선은 코일 부분 및 접속 부분을 포함하며, 상기 각각의 코일 부분의 평면은 상기 축방향으로 대면하는 것을 특징으로 하는 대전류 소형 인덕터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 각각의 접속 부분은 상기 인접한 쌍의 코일 부분을 상호 접속시키는 것을 특징으로 하는 대전류 소형 인덕터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 코일 부분은 L형인 것을 특징으로 하는 대전류 소형 인덕터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 각각의 접속 부분은 180도로 굽어진 평면판 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 대전류 소형 인덕터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 코일을 둘러싸는 자성 물질로 이루어진 인덕터 몸체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대전류 소형 인덕터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 자성 물질은 균일하게 혼합되고 상기 코일과 접속되도록 압축된 제 1 철가루 및 제 2 철가루를 포함하는 것을 특징으로 하는 대전류 소형 인덕터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 자성 물질은 제곱 인치 당 15 내지 25톤의 압축력에 노출됨으로써 형성된 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 대전류 소형 인덕터.
  9. 인덕터에 있어서,
    제 1 및 제 2 코일 단부를 가지며, 다수의 아코디언 폴드로 굽어진 연장된 단일 평판 도체로부터 형성된 도체 코일을 포함하며, 상기 각각의 폴드는 코일 부분 및 접속 부분으로 구성되며, 상기 접속 부분과 인접한 쌍의 상기 코일 부분은 나선형 코일을 형성하기 위해 상호 접속되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 접속 부분은 180도로 굽혀져 형성되는 것을 특징으로 하는 인덕터.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 각각의 코일 부분은 L형인 것을 특징으로 하는 인덕터.
  12. 대전류 소형 인덕터 제조 방법에 있어서,
    제 1 단부, 제 2 단부, 대향 측면 에지, 대향 평면, 및 길이방향 판축을 가지는 긴 판도체를 얻는 단계;
    상기 판도체를 상기 판축에 대해 가로로 연장되는 다수의 교차 부분 및 상기 판축에 대해 축방향으로 연장되고 상기 교차 부분을 사인형 경로로 연장되는 연속 도체에 접속하는 다수의 접속 부분으로 형성하기 위하여 상기 판도체의 각각의 대향 측면 에지에서 다수의 슬롯을 절단하는 단계; 및
    상기 판도체를 각각 상기 교차 부분 및 상기 하나의 접속 부분의 일부로 구성되는 다수의 아코디언식 폴드로 형성하기 위하여 상기 판축에 대해 가로로 연장되는 굽힘축을 따라 상기 접속 부분을 굽히는 단계를 포함하며,
    상기 교차 부분 및 상기 접속 부분은 나선형태로 형성되고 제 1 및 제 2 대향단부를 가지는 연속 도체 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
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