KR20030051551A - 실효 저항이 감소된 고주파 대전류 유도 코일 및 이를이용한 전자회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고주파에서에서 아주 용이하게 표피 효과를 감소시켜 실효 저항을 저감할 수 있는 고주파 대전류 유도 코일을 제공함으로써, 전자 장치를 경박화 하면서도 신뢰성을 유지하고 저전력 손실을 달성하기 위한 것으로, 절연체에 의해 절연된 도체로 이루어진 복수의 미세 전선과, 상기 미세 전선을 미세 전선 다발로 집속하는 집속 수단으로 이루어지며, 상기 집속 수단에 의해 집속된 미세 전선 다발이 코일 형상으로 감겨져 형성된 것이다. 여기서, 상기 미세 전선을 미세 전선 다발로 집속하기 집속 수단으로, 미세 전선 다발을 꼬는 힘으로 꼬는 것, 미세 전선 다발의 미세 전선을 접착제로 서로 접착하는 것, 미세 전선 다발을 외피로 피복하는 것이 채택될 수 있다.
Description
본 발명은 고주파의 대전류를 전송할 때에 유도 코일에서 발생하는 열을 줄일 수 있는 실효 저항이 감소된 고주파 대전류 유도 코일 및 이를 이용한 전자회로에 관한 것이다.
일반적으로 고주파의 대전류가 도체를 흐를 때 전류가 도체 표면에 집중하고 도체의 내부로는 전류가 흐르지 않게 되기 때문에 도체의 실효 단면적이 감소하여 실효 저항이 증가하게 된다. 이와 같은 실효 저항의 증가는 고주파의 대전류를 전송하는 부품이 채택된 전자회로에 발열을 일으키게 되어, 전자 회로에 냉각 장치의 부착을 필요로 할 뿐만 아니라, 이러한 발열은 전자회로의 수명을 단축시키며 더 나아가 전자회로의 설계시 고려된 전자회로의 신뢰성에 영향을 미치게 된다.
도 1은 종래의 고주파 대전류 유도 코일을 나타내는 확대 사시도이다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 도체를 전기적으로 절연을 할 수 있는 물질인 절연체(121)로 코팅(coating)된 동, 알루미늄, 은, 금 등의 도전성이 우수한 도체(111)로 이루어진 전선을 코일 형상으로 감아서 유도 코일로 만든 고주파 대전류 유도 코일(100)은 고주파 대전류가 흐르게 되면 전류가 도체 표면에 집중하여 많은 열이 발생하게 된다. 그러므로 이를 전자회로의 부품으로 채용할 시에는 발열과 전자회로의 신뢰성을 고려하여 반드시 냉각 장치를 부착할 필요가 있다. 냉각 장치의 부착은 이 전자회로를 채용하는 전자 장치의 가격을 상승시킬 뿐만 아니라 전자 장치의 경박화(輕薄化)를 저해한다.
따라서, 고주파에서 표피 효과를 감소시켜 실효 저항을 저감할 수 있는 고주파 대전류 유도 코일은 전자 장치를 경박화 하면서도 정밀도를 유지하는데 있어서 필수적이다.
본 발명은 아주 용이하게 표피 효과를 감소시켜 실효 저항을 저감할 수 있는 고주파 대전류 유도 코일을 제공함으로서 이를 채택하는 전자 장치의 경박화를 하면서도 신뢰성를 유지한다.
본 발명은 표피 효과를 감소시켜 실효 저항을 저감할 수 있는 고주파 대전류 유도 코일로서, 절연체에 의해 절연된 도체로 이루어진 복수의 미세 전선과, 상기 미세 전선을 미세 전선 다발로 집속하는 집속 수단으로 이루어지며, 상기 집속 수단에 의해 집속된 미세 전선 다발이 코일 형상으로 감겨진 것에 의해 달성할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 본 발명은 유도 코일의 표피 효과를 감소시켜 실효 저항을 저감할 수 있어 전자회로로부터의 발열을 줄이면서 전자회로의 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 미세 전선을 미세 전선 다발로 집속하기 위한 집속 수단으로, 미세 전선 다발을 꼬는 힘으로 꼬는 것, 미세 전선 다발의 미세 전선을 접착제로 서로 접착하는 것, 미세 전선 다발을 외피로 피복하는 것을 채택할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 본 발명은 미세 전선 다발을 용이하게 형성할 수 있어 고주파 대전류 유도 코일을 저렴하게 생산할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 도체의 내부에 도체의 길이 방향으로 동공이 형성될 수 있다.
이와 같이 함으로써, 본 발명은 유도 코일의 중량을 감소시킬 수 있어서 이를 채용하는 전자 회로의 경박화를 더 향상할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 고주파 대전류 유도 코일을 전자회로에 부재로 채택할 수 있다.
따라서, 본 발명은 전자회로의 부재로 채택된 유도 코일은 표피 효과를 감소시켜 실효 저항을 저감할 수 있어 전자회로로부터의 발열을 줄여 냉각 장치의 부착을 최소화 할 수 있으며 전자회로의 신뢰성을 용이하게 향상할 수 있다.
도 1은 종래의 고주파 대전류 유도 코일을 나타내는 확대 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발의 일례를 나타낸 확대 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 2b - 2b 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발의 다른 일례를 나타낸 확대 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 3b - 3b 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발의 또 다른 일례를 나타낸 확대 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 4b - 4b 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발로 이루어진 고주파 대전류 유도 코일의 일례를 나타낸 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일이 적용될 수 있는 플라즈마 가공용 장치의 개략적 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일의 일례가 적용된 플라즈마 가공용 장치의 임피던스(impedance) 정합기의 임피던스 정합 회로의 일예를 나타내는 회로도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100, 300 : 고주파 대전류 유도 코일
210, 220, 230 : 미세 전선 다발
111, 211, 221, 231 : 도체
121, 212, 222, 232 : 절연체
225 : 접착제
235 : 외피
400 : 플라즈마 가공용 장치
410 : 고주파 대전력 공급기
420 : 임피던스(impedance) 정합기
430 : 플라즈마 쳄버
500 : 임피던스 정합 회로
510, 530 : 고주파 대전류 유도 코일
520, 540 : 가변 커패시터
550 : 정전 커패시터
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2a는 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발의 일례를 나타낸 확대 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 2b - 2b 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2에 나타낸 것과 같이, 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발(210)은, 도체를 전기적으로 절연할 수 있는 물질인 절연체(212)로 코팅된 동, 알루미늄, 은, 금 등의 도전성이 우수한 도체(211)로 이루어진 복수의 미세 전선이 꼬는 힘에 의해 형성되어 있다. 따라서, 미세 전선 다발을 용이하게 형성할 수 있어 이를 코일 형상으로 감아서 고주파 대전류 유도 코일을 저렴하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 이를 전자회로에 적용함으로써 전자회로로부터의 발열을 줄여냉각 장치의 부착을 최소화 하며 전자회로의 신뢰성을 향상한다.
도 3a는 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발의 다른 일례를 나타낸 확대 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 3b - 3b 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3에 나타낸 것과 같이, 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발(220)은, 도체를 전기적으로 절연할 수 있는 물질인 절연체(222)로 코팅된 동, 알루미늄, 은, 금 등의 도전성이 우수한 도체(221)로 이루어진 복수의 미세 전선이 접착제(225)에 의해 서로 접착되어 형성되어 있다. 따라서, 미세 전선 다발을 용이하게 형성할 수 있어 이를 코일 형상으로 감아서 고주파 대전류 유도 코일을 저렴하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 이를 전자회로에 적용함으로써 전자회로로부터의 발열을 줄여 냉각 장치의 부착을 최소화 하며 전자회로의 신뢰성을 향상한다.
도 4a는 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발의 또 다른 일례를 나타낸 확대 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 4b - 4b 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4에 나타낸 것과 같이, 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발(230)은, 도체를 전기적으로 절연할 수 있는 물질인 절연체(232)로 코팅된 동, 알루미늄, 은, 금 등의 도전성이 우수한 도체(231)로 이루어진 복수의 미세 전선이 외피(235)에 의해 피복되어 형성되어 있다. 따라서, 미세 전선 다발을 용이하게 형성할 수 있어 이를 코일 형상으로 감아서 고주파 대전류 유도 코일을 저렴하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 이를 전자회로에 적용함으로써 전자회로로부터의 발열을 줄여 냉각 장치의 부착을 최소화 하며 전자회로의 신뢰성을 향상한다.
또한, 도 2 내지 도 4의 미세 전선 다발(210,220,230)은 각 도체(211,221,231)의 내부에 도체의 길이 방향으로 적어도 하나 이상의 관통공을 형성함으로써 미세 전선 다발을 경량화 할 수 있도록 변형 실시될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일을 형성하기 위한 미세 전선 다발로 이루어진 고주파 대전류 유도 코일의 일례를 나타낸 확대도이다.
도 5에 나타낸 것과 같이, 고주파 대전류 유도 코일(300)은 도 4에 나타난 미세 전선 다발을 코일 형상으로 감아서 형성한 것임을 알 수 있다. 따라서, 고주파 대전류 유도 코일은 고주파에서 표피 효과를 감소시켜 실효 저항을 저감할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일이 적용될 수 있는 플라즈마 가공용 장치의 개략적 구성도이다.
도 6에 나타낸 것과 같이, 예를 들면 플라즈마 반도체 가공용 장치인 플라즈마 가공용 장치(400)는 개략적으로 임피던스(impedance) 정합기(420)를 개재하여 플라즈마 쳄버(430) 내에 플라즈마를 발생시키도록 RF(Radio Frequency)를 공급할 수 있는 고주파 대전력 공급기(410)와, 고주파 대전력 공급기(410)와 플라즈마 쳄버(430) 사이의 임피던스 정합을 형성하기 위한 임피던스 정합기(420)와, 임피던스 정합기(420)로부터의 고주파 대전력에 의해 플라즈마를 발생시켜서 각종 장치, 예를 들면 반도체 장치를 가공하는 플라즈마 쳄버(430)로 구성되어 있다. 그런데, 임피던스 정합기(420)는 고주파 대전력 공급기(410)로부터 고주파의 대전력을 플라즈마 쳄버(430)에 정합한 고주파의 대전력으로 하여 플라즈마 쳄버(430)에 입력하는데, 이때 임피던스 정합기(420)를 형성하는 하나의 부재인 인덕턴스를 유도하는 유도 코일은 실효 저항으로 인하여 많은 열이 발생되므로 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일이 적용될 수 있다. 따라서, 임피던스 정합기(420)의 전자회로로부터의 발열이 줄어 냉각 장치의 부착이 최소화 되며 전자회로의 신뢰성이 향상된다.
도 7은 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일의 적용된 플라즈마 가공용 장치의 임피던스(impedance) 정합기의 임피던스 정합 회로의 일예를 나타내는 회로도이다.
도 7에 나타낸 것과 같이, 임피던스 정합 회로(500)는 노드 A와 접지사이에 고주파 대전류 유도 코일(510)과 가변 커패시터(520)가 직렬로 연결되고, 노드 B와 접지사이에 정전 커패시터(550)가 연결되고, 노드 A와 노드 B사이에 고주파 대전류 유도 코일(530)과 가변 커패시터(540)가 직렬로 연결된 구조로 되어 있다. 여기서, 고주파 대전류 유도 코일(510, 530)이 종래의 고주파 대전류 유도 코일인 경우, 유도 코일(510, 530)의 표면 효과로 인하여 실효 저항이 증가하여 많은 열이 발생하게 되므로 임피던스 정합 회로(500)를 보호할 수 있는 냉각 장치가 필요하다. 그러나, 본 발명에 따른 고주파 대전류 유도 코일(510)을 사용하는 경우 열의 발생이 거의 없으므로 임피던스 정합 회로(500)를 보호하기 위한 냉각 장치의 부착이 최소화 되어 임피던스 정합 회로(500)의 신뢰성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 이를 저렴한 가격으로 생산할 수 있다.
실제로 도 5의 임피던스 정합 회로(500)의 고주파 대전류 유도 코일을 반경 5mm의 도체 코일로 하여 13.56MHz의 주파수의 대전류 흘렸을 때 표피 효과에 의한 실효 저항은 도체 고유 저항, 즉 직류 저항에 비해 약 140.3배 증가하였으며, 27.12MHz의 주파수를 대전류를 흘렸을 때 표피 효과에 의한 실효 저항은 도체 고유 저항에 비해 약 248배 증가하였다. 그러나, 반경 5mm의 도체 코일과 동일한 도통 단면적을 갖도록 절연체로 절연된 반경 0.1mm의 미세 전선 다발을 코일 형상으로 감아서 코일로 하여 13.56MHz의 주파수의 대전류 흘렸을 때 표피 효과에 의한 실효 저항은 도체 고유 저항에 비해 약 2.81배 증가하였으며, 27.12MHz의 주파수를 대전류를 흘렸을 때 표피 효과에 의한 실효 저항은 도체 고유 저항에 비해 약 3.97배 증가하였다. 따라서, 본 발명에 따른 표피 효과로 인한 실효 저항의 개선은 13.56MHz의 주파수에서는 약 50배에 달하며, 27.12MHz의 주파수에서는 약 62배 개선이 있음을 알 수 있다. 따라서, 실효 저항 개선에 따라 고주파 대전류 유도 코일에서 발생하는 전력의 손실은 기존의 코일을 100%로 보았을 때 본 발명에 따른 코일은 약 2% 이하를 나타낸다. 그러므로, 본 발명에 따른 실효 저항이 감소된 고주파 대전류 유도 코일은 발열이 획기적으로 줄어들기 때문에, 이를 채택한 전자 장치의 신뢰성이 향상되고, 냉각 장치의 부착이 최소화됨으로써 전자 장치의 경박화가 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 이의 제작 비용이 절감될 수 있다.
고주파의 대전류가 흐르는 유도 코일을 포함하는 전자회로는 도 5에 나타낸 정합회로에 한정되는 것은 아니며 본 발명에 의한 고주파 대전류 유도 코일은 고주파의 대전류가 흐르는 유도 코일을 포함하는 전자회로의 어디에도 적용될 수 있는것은 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자라면 충분히 이해가 될 수 있는 것이다.
본 발명에 의한 고주파 대전류 유도 코일은 1MHz 이상의 주파수에서 아주 용이하게 표피 효과를 감소시켜 실효 저항을 저감할 수 있다. 따라서, 이 고주파 대전류 유도 코일을 전자회로의 부재로 채택함으로써 전자회로의 신뢰성을 향상하고, 전자회로에 냉각 장치의 부착을 최소화한다. 그 결과 전자회로의 경박화를 할 수 있을 뿐만 아니라 이의 제작 비용을 절감할 수 있다.
Claims (6)
- 고주파 대전류 유도 코일로서,절연체에 의해 절연된 도체로 이루어진 복수의 미세 전선과,상기 미세 전선을 미세 전선 다발로 집속하는 집속 수단으로 이루어지며,상기 집속 수단에 의해 집속된 미세 전선 다발이 코일 형상으로 감겨진 것을 특징으로 하는 고주파 대전류 유도 코일.
- 제 1 항에 있어서,상기 집속 수단은 미세 전선 다발이 꼬는 힘에 의해 꼬여진 것인 것을 특징으로 하는 고주파 대전류 유도 코일.
- 제 1 항에 있어서,상기 집속 수단은 미세 전선 다발의 미세 전선이 접착제에 의해 서로 접착된 것인 것을 특징으로 하는 고주파 대전류 유도 코일.
- 제 1 항에 있어서,상기 집속 수단은 미세 전선 다발이 외피에 의해 피복된 것인 것을 특징으로 하는 고주파 대전류 유도 코일.
- 제 1 항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 도체의 내부에 도체의 길이 방향으로 적어도 하나 이상의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 대전류 유도 코일.
- 제 1 항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재의 고주파 대전류 유도 코일을 부재로 채택한 전자회로.
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