KR20010029760A - 칩 인덕터의 제조 방법 - Google Patents

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무라타 야스타카
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Abstract

금속제 금형의 내측에 지지홈이 형성된다. 금속선을 나선형으로 형성하여 만들어진 코일형 도선의 양단부는, 코일형 도선이 금속제 금형의 중심부에 위치하도록 지지된다. 금속제 금형내에 자기 슬러리(magnetic slurry)가 주입되고, 습식 프레스법에 의해 성형되어, 내부에 코일형 도선을 가지는 성형체가 얻어진다. 성형체는 소성된다. 코일형 도선의 양단부에 접속하기 위한 외부 전극은 소성된 자성체 코어의 양단부에 형성된다.

Description

칩 인덕터의 제조 방법{Method of producing chip inductor}
본 발명은 노이즈 필터나 트랜스듀서 등에 이용하는 칩 인덕터의 제조 방법에 관한 것이다.
컴퓨터 등의 디지털 기기에서 나오는 복사 노이즈를 제거하기 위한 고주파 필터로서, 칩 인덕터가 널리 사용되고 있다. 예를 들면 일본국 실용신안 공개공보 6-50312호에 기재된 바와 같이, 적층된 세라믹층을 이용하여 칩 소체를 구성하고, 세라믹층에 형성되는 스루홀을 통해 세라믹층간의 코일 도체를 접속하여, 칩 소체 내에 코일을 형성하고, 그 코일의 시단(leading portion)과 종단(trailing portion)을 각각 다른 외부 전극에 접속한 모놀리식 칩 인덕터가 알려져 있다.
고주파 필터에 이용되는 인덕터로는, 인덕턴스가 크고 아울러 저항이 낮은 것이 요구되고 있다. 일반적으로, 인덕턴스는, 코일을 감은 수의 제곱에 비례하고, 코일의 길이에 반비례한다. 한편, 상술한 모놀리식 인덕터의 경우, 제조 공정이 복잡하고, 제조 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 게다가 코일의 감은 수를 증가시킬 수 없으므로 큰 인덕턴스를 얻을 수 없고, 더욱이 코일 도체가 필름형 전극으로 형성되므로 저항값이 커지게 되는 문제점이 있다.
이 문제들을 해결하기 위해, 일본국 특허공개공보 8-191022호에 기재된 바와 같이, 자성체 세라믹을 압출 성형하여 권심(winding-core)을 형성하고, 코어 주위에 도선을 코일 모양으로 감고, 다시 그 위에 자성체 세라믹스를 압출 성형함으로써 외피체(sheathing body)를 형성하도록 한 인덕터의 성형 방법이 제안되고 있다. 그 후, 세라믹을 소성하고, 소성된 자성체 코어의 양단면에 외부 전극을 피복 접착 한다. 그러므로, 코일형 도선의 양 단부에 외부 전극에 접속하게 된다. 이 경우는, 모놀리식 인덕터에 비해 제조 방법에 간단하고, 코일형 도선으로서 금속선이 이용된다. 따라서, 높은 인덕턴스와 낮은 저항이 양립할 수 있다는 이점이 있다.
상기와 같은 제조 방법에서, 권심이 되는 부분과 외피체가 되는 부분이 모두 압출 성형에 의해 형성된다. 압출 성형에 의해 형성된 성형체의 밀도는 그다지 높지 않다. 또한, 어떤 경우는, 외피체가 코일의 주위에 빈틈 없이 충전되지 않아, 권심과 외피체의 사이에 캐버티가 발생하기도 한다. 게다가, 세라믹 입자들을 서로 결합하기 위해 바인더를 필요로 하기 때문에, 소성시에 포어(pore)가 발생하는 원인이 된다. 따라서, 고품질의 인덕터를 얻는 것이 어려웠다.
또한, 외피체를 압출 성형할 때, 코일이 외피체의 중심부에 대해 중심을 벗어나는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 안정된 자기(magnetic) 특성을 가지는 인덕더를 얻을 수 없었다. 또한, 코일이 중심을 벗어난 상태에서 소성하면, 소성시 세라믹 수축으로 인해 뒤틀림 또는 크랙이 발생할 수 있다는 불편함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 소성 수축으로 인한 크랙 등의 불리함이 적은 고품질의 인덕터를 얻을 수 있는 칩 인덕터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 인덕터의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 인덕터의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속제 금형의 한 예를 나타내는 단면도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 도 4e는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 인덕터의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 인덕터의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6은 본 발명에 따른 인덕터의 다른 예를 나타내는 외관 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1O : 칩 인덕터 11 : 자성체 코어
12 : 코일형 도선 13, 14 : 외부 전극
15 : 직선형 도선 20 : 금속제 금형
22 : 지지홈 23 : 세라믹 슬러리(slurry)
27 : 성형체
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 양상에 따르면, 금속선으로 이루어지는 도선을 금속제 금형내에 삽입하고, 금속제 금형의 내측에 형성된 지지부에 도선의 양단부를 지지하여, 금속제 금형의 중심부에 도선을 위치시키는 단계; 상기 금속제 금형내에 자성체 세라믹 슬러리를 주입하는 단계; 상기 금속제 금형내에 주입된 상기 세라믹 슬러리를 습식 프레스법에 의해 성형하여, 내부에 도선이 매설된 성형체를 얻는 단계; 상기 성형체를 소성하는 단계; 및 소성된 자성체 코어의 양단면에, 상기 도선의 양단부에 접속되도록 외부 전극을 형성하는 단계; 를 포함한다.
상술한 바와 같이, 도선을 금속제 금형에 삽입하고, 자성체 세라믹 슬러리를주입한 후, 습식 프레스를 한다. 이 경우, 도선이 금속제 금형의 중심부에 위치하도록, 금속제 금형의 내부에 형성된 지지부에 도선의 양단부가 지지된다. 이에 의해, 습식 프레스시 도선이 중심을 벗어나는 것이 방지된다. 지지부로서는, 금형 내부에 형성된 지지홈이어도 된다. 습식 프레스에 의해 내부에 도선을 매설한 성형체가 얻어진다. 습식 프레스법에 의해 얻어진 성형체는, 압출 성형법에 의해 얻어진 성형체에 비해 세라믹 조직이 치밀하고, 밀도가 높다. 또한, 세라믹 슬러리가 압축되기 때문에, 바인더가 전혀 불필요하거나, 또는 극소량의 바인더가 필요하다. 따라서, 소성된 자성체 코어는 밀도가 높고, 게다가 바인더가 적어, 포어가 발생하기 어렵기 때문에, 이 성형체를 소성함으로써 고품질의 인덕터를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 도선을 금속제 금형내에 삽입하여 습식 프레스를 행한다. 따라서, 1회의 성형으로 인덕터를 형성할 수 있다. 그러므로, 적층형 인덕터에 비해 단순한 것은 물론, 또한 압출 성형 방법에 비해서도 간소화된다. 도선으로서 코일형 도선을 이용한 경우에는, 적층형 인덕터와 비교하여 낮은 저항에서, 높은 인덕턴스를 얻을 수 있다.
직선형의 도선을 이용하는 경우, 코일형 도선을 이용한 경우에 비해 인덕턴스가 낮지만, 직류 저항을 더욱 감소시킬 수 있다.
상기와 같이 습식 프레스 성형된 성형체를 소성하면, 세라믹 재료가 소성 수축을 일으킨다. 이 경우, 세라믹은 줄어들지만, 도선은 줄어들지 않거나 또는 세라믹보다 적게 줄어든다. 코일형 도선을 이용한 경우, 코일의 내측에는 틈이 생긴다. 이 틈에 외부로부터 플럭스 등이 침입하여, 인덕터의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 틈이 형성됨과 함께, 소성 수축에 의해 코일 내측에 크랙이 발생하는 일이 있다. 더욱이, 성형하여 1회에 복수의 성형체를 얻는 경우, 즉 긴 코일형 도선을 이용하는 경우, 상술한 바와 같이, 코일형 도선의 양 단부를 금속제 금형의 지지부에 지지할뿐으로는, 코일형 도선이 비뚤어질 수 있다. 만약, 이 상태에서 성형이 이루어지면, 코일형 도선을 코어내에 똑바로 배치하지 못할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 양상에 따르면, 코일형 도선을 금속제 금형내에 삽입하기 전에, 소성된 자성체 세라믹으로 이루어지는 권심을 코일형 도선의 안에 삽입하여 두는 것이 바람직하다. 즉, 코일형 도선의 내측에 배치된 권심은 수축하지 않으므로, 소성에 의해, 코일형 도선의 내측에 틈이 형성되지 않고, 더욱이 소성 수축으로 인한 크랙의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 권심을 코일 속에 삽입한다. 따라서, 권심에 의해 코일이 비뚤어지는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 고품질의 인덕터를 얻을 수 있다.
권심은 코일 외측에 형성되는 자성체 코어와 동일한 조성이어도 되고, 다른조성이어도 된다. 코일 외측에 형성된 자성체 코어와 동일한 조성이라면, 코일의 내측과 외측이 균질인 자성체 코어를 얻을 수 있다. 상기 조성이 다른 경우는, 예를 들면, 코일의 내측과 외측의 자기 투과성을 다르게 할 수 있다. 따라서 인덕터의 특성을 용이하게 변경할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 칩 인덕터를 각각 나타낸다.
이 인덕터(10)는 각기둥 형상의 자성체 코어(11)를 구비하고 있다. 이코어(11)는 Ni-Cu-Zn계 페라이트 등의 자성체 세라믹스를 소성하여 생성된 것이다. 코어(11)의 형상에 대해, 예를 들면 각기둥 형상 외에도, 원주 형상 등 형상 및 크기가 다른 것을 채용할 수 있다. 코어(11)의 내부에는, Ag, Cu, 또는 이들의 합금으로 이루어지는 금속선을 나선형으로 형성한 코일형 도선(12)이 매설되어 있다. 코일형 도선(12)의 양단부는, 자성체 코어(11)의 양단면에 노출되어 있다. 이 노출면에는 후막 전극으로 이루어진 외부 전극(13, 14)이 형성되어 있다. 따라서, 외부전극(13, 14)은, 각각 코일형 도선(12)의 내단부에 전기적으로 접속되어 있다.
이하, 도 4a∼도 4e를 참조하여, 상술한 구성으로 이루어지는 칩 인덕터(10)의 구체적인 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 3 및 도4a에 도시한 금속제 금형(20)을 준비한다. 이 금속제금형(20)및 후술하는 하부 금형(26)에 의해 캐버티(21)가 형성된다. 캐버티(21)의 대향하는 양단부 내면에는, 각각 코일형 도선(12)의 양단부를 지지하는 지지부인 지지홈(22)이, 상단면으로부터 일정한 깊이(D)를 가지도록 형성되어 있다. 이깊이(D)는, 습식 프레스 성형시, 코일형 도선(12)이 성형체(27)의 중심부에 위치하도록 설정되어 있다. 상기 지지홈(22)은 세라믹 슬러리(23)를 캐버티(21)에 주입했을 때, 코일형 도선(12)이 중심을 벗어나는 것을 방지하고, 금속제 금형(20)의 중심부에 코일형 도선(12)을 배치한다. 또한, 지지홈(22)의 형상은 임의로 결정될 수있다.
다음으로, 도 4b와 같이 코일형 도선(12)을 금속제 금형(20)의 캐버티(21)내에 삽입하고, 코일형 도선(12)의 양단부를 지지홈(22)에 배치한다. 본 구현예의 코일형 도선(12)은,=200㎛의 Ag선을, 코일 내경이 1.25mm, 코일간의 피치가 0.4mm인 나선형으로 감아 형성된 것이다. 특히, 코일형 도선(12)은 복수의 성형체를 얻기 위해 여러개의 금형 캐버티를 이용하기 때문에, 복수의 인덕터 전체 길이에 상당하는 길이를 가지도록 길게 하여도 된다.
다음으로, 도 4c와 같이 캐버티(21)에 세라믹 슬러리(23)를 주입하고 습식 프레스를 행한다. Ni-Cu-Zn계 페라이트로 이루어지는 생원료 150Og에, 정제수 650g, 소포제 원료에 대해 0.2wt%, 분산제를 0.5wt% 첨가하고, 이를 포트밀(pot mill)에 넣어, PSZ-볼(ball)과 함께 17시간 혼합한다. 세라믹 슬러리(23)를 주입한 후, 캐버티(21)의 상면을 수분만 통과할 수 있는 필터(24)로 덮고, 그 위에서 다공질의 상형(25)으로 패킹한다. 그리고, 압출을 한다. 즉, 금속제 금형(20)의 하방에서 상방으로 하부 금형(26)을 밀어, 세라믹 슬러리(23)에, 예를 들면 100kgf/㎠의 압력을 5분간 인가하여, 필터(24) 및 상형(25)의 물빼는 구멍(25a)을 통하여 수분을 빼낸다. 이렇게 하여 성형된 성형체(27)는, 도 4d와 같이 세라믹 슬러리(23)가 프레스되기 때문에 밀도가 높고, 아울러 세라믹 슬러리(23)가 코일형 도선(12)의 주위에 틈없이 충전된다.
그 후, 금속제 금형(20)에서 성형체(27)를 제거한다. 이 성형체(27)를 예를들면 40℃에서 50시간 건조한 후, 910℃에서 2시간 소성하였다. 이 때, 성형체(27)는 습식 프레스에 의해 형성된 것이기 때문에, 밀도가 높고 충전도도 높다. 게다가, 세라믹 슬러리(23)에는 바인더가 함유되지 않기 때문에, 포어의 발생을 방지할 수 있고, 고품질의 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 코일형 도선(12)이 중심을 벗어나는 것이 지지홈(22)에 의해 방지되고, 코일형 도선(12)이 소결체의 중심부에 위치하게 된다. 따라서, 안정된 특성을 가지는 인덕터를 얻을 수 있다.
그 후, 도 4e와 같이, 소결체 양단의 불필요부(지지홈(22)에 대응하는 부분)를 소정의 길이로 커트하여 자성체 코어(11)를 얻는다. 그리고, 코어형 도선(12)이 노출된 코어(11)의 양단면에 외부 전극(13, 14)을 형성하고, 그로써 칩 인덕터(10 : 도 1, 도 2 참조)를 얻었다. 외부 전극(13, 14)의 형성 방법에 대해서는, 예를 들면 Ag 페이스트, AgPd 페이스트 등을 도포하고, 150℃에서 15분간 건조한 후, 800℃에서 10분간 베이킹하였다.필요하다면, Ni-Sn 도금 등을 행하여도 된다.
도 5a∼도 5c는 각각 본 발명의 제 2 구현예를 나타낸다.
상기 구현예에서, 도 4b와 같이 코일형 도선(12)을 금속제 금형(20)내에 직접 삽입하였다. 그러나, 소성에 의해 세라믹 재료가 수축했을 때, 코일형 도선(12)의 내측 세라믹 부분에 크랙 또는 틈이 생겨날 수도 있다. 또한, 복수의 성형체를 얻기 위해 다수의 캐버티를 이용하기 때문에, 긴 코일형 도선(12)을 삽입하면, 코일형 도선(12)이 왜곡될 수도 있다.
따라서, 도 5a와 같이 코일형 도선(12)을 권심(28)에 감고, 금속제 금형(20)에 삽입하였다. 코일형 도선(12)은 권심(28)의 둘레에 빽빽하게 감아도 되고, 또는 권심(28)에 간단히 삽입하기만 하여도 된다. 권심(28)으로서는, 자성체 코어(11)와 동일하거나 또는 다른 조성의 세라믹 재료를 이용하여도 된다. 적어도 소성된 자성체 세라믹을 이용한다. 이 구현예에서는, 권심(28)의 축 길이가 코일형 도선(12)보다 길고, 금속제 금형(20)의 지지홈(22)에는 권심(28)의 양단부만이 지지된다.
코일형 도선(12)을 권심(28)에 감아 금속제 금형(20)의 지지홈(22)에 지지하기 때문에, 설령 코일형 도선(12)이 길더라도, 권심(28)의 강성으로 인한 코일형 도선(12)의 왜곡이 방지된다. 그리고, 도 5b와 같이 세라믹 슬러리(23)를 주입 또는 습식 프레스했을 때, 코일형 도선(12)이 들뜨는 것이 방지된다.
습식 프레스에 의해, 도 5c와 같은 성형체(27)를 얻을 수 있다. 이성형체(27)를 소성하는 경우, 권심(28)은 소성 수축하지 않기 때문에, 코일(12)의 내측부에 크랙이나 틈이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 세라믹 슬러리(23)로 이루어지는 부분과 권심(28)으로 이루어지는 부분이, 소성에 의해 서로 일체화되어, 일체의 소결체를 형성한다. 그 후, 제 1 구현예와 동일하게, 소결체를 적당한 길이로 커트하여 자성체 코어(11)를 얻게 된다. 이 코어(11)에 외부 전극(13, 14)을 형성함으로써 칩 인덕터(10)가 얻어진다.
도 6은 본 발명의 제 3 구현예에 따른 칩 인덕터를 나타낸다.
이 구현예에서는, 도선으로서 직선형의 도선(15)을 이용한다. 그 외의 구성은 제 1 구현예와 동일하다. 따라서, 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
직선형의 도선(15)을 사용한 인덕터의 경우, 인덕턴스는 코일형 도선(12)을이용한 인덕터에 비해 낮지만, 직류 저항은 감소시킬 수 있다. 따라서, 인덕터는 저항값을 가능한한 작게 하고 싶은 용도에 적합하다.
직선형의 도선(15)을 이용한 인덕터의 제조 방법은, 도 4a∼도 4e와 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
도선 또는 권심의 양단부를 지지하는 금속제 금형(1O)의 지지부의 구조는, 구현예에 도시한 것과 같은 지지홈(22)에 한정되는 것은 아니다. 도선 또는 권심의 양단부를 안정되게 지지할 수 있다면, 어떠한 형상 및 크기라도 이용할 수 있다.
이상의 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 1 양상에 따르면, 습식 프레스 법에 의해, 도선이 매설되어 있는 성형체를 얻는다. 따라서, 그 성형체는 압출 성형에 의해 형성된 성형체에 비해 밀도가 높고, 바인더가 불필요하거나, 또는 바인더를 극소량 필요로 한다. 그 때문에, 이 성형체를 소성하면, 밀도가 높은 소성된 자성체 코어를 얻게 되고, 게다가 바인더의 양이 적기 때문에, 포어가 발생하지 않는다. 고품질의 인덕터를 얻을 수 있게 된다.
또한, 도선의 양단부가, 금속제 금형에 형성된 지지부에 의해 지지된다. 따라서, 도선이 중심에서 벗어나는 것을 방지할 수 있고, 안정된 특성을 가지는 인덕터를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 제 2 양상에 따르면, 소성된 자성체 세라믹으로 이루어지는 권심의 둘레에 코일형 도선을 감고, 이 코일형 도선을 감은 권심을 금속제 금형에 세트하여, 습식 프레스로 성형하였다. 본 발명의 제 1 향상에 따른 모놀리식 인덕터의 제조 방법의 효과에 더하여, 소성 수축으로 인한 코일 내측의 틈이나 크랙을 제거할 수 있다. 다수의 캐버티를 이용하기 때문에, 긴 코일을 사용하더라도 권심으로 인한 코일의 왜곡을 방지할 수 있다. 따라서, 양산성이 높은 제조 방법을 실현할 수 있다.

Claims (3)

  1. 금속선으로 이루어지는 도선을 금속제 금형내에 삽입하고, 금속제 금형의 내측에 형성된 지지부에 도선의 양단부를 지지하여, 금속제 금형의 중심부에 도선을 위치시키는 단계;
    상기 금속제 금형내에 자성체 세라믹 슬러리를 주입하는 단계;
    상기 금속제 금형내에 주입된 상기 세라믹 슬러리를 습식 프레스법에 의해 성형하여, 내부에 도선이 매설된 성형체를 얻는 단계;
    상기 성형체를 소성하는 단계; 및
    소성된 자성체 코어의 양단면에, 상기 도선의 양단부에 접속되도록 외부 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 인덕터의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도선은 금속선을 나선형으로 형성하여 이루어진 코일형 도선임을 특징으로 하는 칩 인덕터의 제조 방법.
  3. 소성된 자성체 코어로 이루어진 권심(winding-core) 둘레에, 나선형의 금속선으로 이루어진 코일형 도선을 감는 단계;
    상기 코일형 도선이 감긴 권심을 금속제 금형내에 삽입하고, 상기 금속제 금형의 내측에 형성된 지지부에 감긴 코일형 도선을 가지는 권심의 양단부를 지지하고, 금속제 금형의 중심부에 코일형 도선을 배치하는 단계;
    상기 금속제 금형에 자성체 세라믹 슬러리를 주입하는 단계;
    상기 금속제 금형내에 주입된 상기 세라믹 슬러리를 습식 프레스법에 의해 성형하여, 내부에 코일형 도선이 매설된 성형체를 얻는 단계;
    상기 성형체를 소성하는 단계; 및
    소성된 자성체 코어의 양단면에, 상기 도선의 양단부에 접속되도록 외부 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 인덕터의 제조 방법.
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