KR20030081738A

KR20030081738A - 연자성 분말의 제조 및 이를 이용한 인덕터의 제조방법

Info

Publication number: KR20030081738A
Application number: KR1020020020103A
Authority: KR
Inventors: 김규진; 박진영
Original assignee: 휴먼일렉스(주)
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-22
Also published as: AU2003218817A1; WO2003088281A1; KR100478710B1

Abstract

본 발명은 고주파 특성이 우수하며 700℃이하의 저온에서도 소성이 가능한 형상제어된 연자성 분말의 제조 및 이를 이용한 인덕터의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 형상제어 된 연자성 분말은 연자성 분말에 계면활성제를 첨가한 후 볼밀링 공정을 수행함으로써 제조되며, 상기와 같이 제조된 연자성 분말은 두께:직경의 비가 3내지 100으로 제어 되며, 본 발명에 따른 권선형 인덕터의 제조방법은 (a) 형상제어 된 연자성 분말에 바인더를 첨가하여 연자성 분말을 코팅하는 단계; (b) 코팅된 연자성 분말을 상온에서 성형하는 단계; (c) 성형된 연자성 분말을 열처리하는 단계; 및 (d) 동선을 권선하는 단계를 포함하고, 본 발명에 따른 칩형 인덕터의 제조방법은 (a) 형상제어 된 연자성 분말에 바인더를 첨가하여 연자성 분말을 코팅하는 단계; (b) 코팅된 연자성 분말을 사용하여 닥터브레이드 법에 의해 그린시트를 주조하는 단계; (c) 주조된 그린시트를 적층 하는 단계; (d) 적층된 시트 위에 내부전극을 인쇄한 후 다시 그린시트를 적층하는 단계; (e) 이를 소성하는 단계; 및 (f) 소성된 소결체에 외부전극을 형성하는 단계를 포함한다.

따라서 본 발명에 의하면, 700℃이하의 저온에서도 소성이 가능하면서도 외부응력에 대한 전자기적 특성변화가 적고 우수한 고주파 특성을 갖는 형상제어 된 연자성 재료 및 이를 이용한 인덕터를 제조 할 수 있다.

Description

연자성 분말의 제조 및 이를 이용한 인덕터의 제조방법{Method of manufacturing soft magnetic powder and inductor using the same}

본 발명은 칩인덕터(chip inductor), 칩비드(chip bead)와 같은 칩부품 또는 권선형 인덕터와 같은 전자파의 차폐부품 등에 사용되는 형상제어 된 고주파 연자성 재료 및 이를 이용한 고주파용 인덕터의 제조방법에 관한 것이다.

오늘날 전자, 통신기기의 눈부신 발전은 전자부품의 소형화, 박막화 및 실장성 개량 등이 밑거름이 되어 새로운 산업구조를 구축하고 있는데, 이러한 산업구조의 발전은 이전에는 무시할 수 있었던 문제, 즉 환경 및 통신장애 등을 유발함으로써 사회적 문제를 발생시키는 양면성을 갖게 되었다. 특히 무선통신기기 및 멀티환경의 일반 상용화로 인하여 악화된 전자기 환경에 관한 각국의 전자기 장애 규제(FCC, CISPR, VDE, MIL 등)가 강화됨에 따라 전자파 장애제거(EMI/EMC)소자에 대한 개발이 요구되고, 그 부품수요의 급증과 함께 기능의 복잡화, 고집적화 및 고효율화 측면으로 기술이 발전되고 있다. 이 가운데 전자파 장애제거 또는 전력용과 같은 전자부품 등의 자기소자로 응용되는 연자성재료의 적용범위도 자기특성별, 주파수 대역별로 세분화되었으며, 그 제조방법도 종래의 분말야금학적인 제조방법을 벗어나 적층식 부품 제조쪽으로 연구가 활발히 진행되고 있으며, 오늘날 세라믹 전자부품 제조분야에 소형칩(chip)부품 제조기술로서 정착하게 되었다.

일반적으로 칩인덕터, 칩비드, 칩어레이(chip array), 칩 LC필터(chip LC filter) 및 칩트랜스(chip trans) 등과 같은 소형 칩부품에 사용되는 연자성재료는 높은 인덕턴스(inductance)를 필요로 하고 있으며, 주로 사용되고 있는 연자성재료로는 망간-아연(Mn-Zn) 페라이트, 니켈(Ni) 페라이트, 니켈-아연(Ni-Zn) 페라이트 또는 니켈-구리-아연(Ni-Cu-Zn) 페라이트 등을 들 수 있다. Mn-Zn 페라이트의 경우 투자율이 높고, 전력손실이 매우 적어 전원용 트랜스 코아(trans core), 전력라인(power line)용 필터 등의 자심재료로 사용되지만 고주파 특성이 낮기 때문에 1 MHz 이상의 주파수 대역에서는 적용하기 곤란한 단점이 있다. 현재 이 같은 고주파 대역에서 사용하기 위한 자심재료로는 Ni 페라이트, Ni-Zn 페라이트 또는 Ni-Cu-Zn 페라이트 등이 적용되고 있다.

한편 상기 연자성재료를 사용하여 소형칩부품을 제조시의 종래의 방법을 살펴보면, 소성공정의 경우 약 1,000내지 1,200 ℃ 정도에서 1∼5시간 정도로 열처리가 행해진다. 그러나, 칩인덕터나 칩비드필터 등의 전자부품의 내부전극은 보통 수은(Ag)전극을 사용하는데, 상기와 같은 소성온도는 내부전극인 수은의 용융점(960℃)을 넘고 있어 매우 높은 온도조건일 뿐만 아니라 제조된 부품들은 고주파에서 손실이 매우 크다는 단점을 가지고 있기 때문에 요구하는 인덕턴스를 구현하기 매우 어려운 취약성이 있다. 따라서 연자성체의 소성온도를 낮추기 위해 일반적으로 자심재료의 입도를 0.01∼0.5 ㎛ 까지 미분쇄하여 입자의 에너지 준위를 기저상태(준전위상태)로 만들고, 소성시 입자간의 물질이동면을 증가시킴으로써 소결을 촉진시켜 저온소성을 도모하는 방법이 행해지고 있다. 그러나, 상기 미분쇄 공정을 통한 제조방법은 설비의 고가와 제조공정의 복잡화로 인하여 제품의 가격상승을 동반하게 된다.

또 다른 예로써 산화아연+비스무스옥사이드(ZnO+Bi₂O₃)을 주성분으로 하는 저온화합물을 이용하여 소성을 도모하는 방법(일본공개특허 소59-67119호), 그리고 산화붕소(B₂O₃)와 같은 성분을 이용하는 방법(일본공개특허 소64-45771호) 및 비스무스옥사이드(Bi₂O₃), 바나듐펜토옥사이드(V₂O₅)또는 산화납(PbO)과 같은 플럭스를 첨가제로 사용하여 입자의 계면확산을 유도함으로써 소성하는 방법이 알려져 있고 상용화되어 있다. 그러나 저융점 화합물을 첨가하는 방법들은 고주파 특성을 향상시키는 코발트(Co)성분의 거동을 방해하여 소성의 효과를 감소시킨다. 또한 소성과정에서 모재인 연자성재료의 소결진행온도보다 낮은 온도대역에서 첨가물들이 액상으로 존재하고 이들이 연자성체의 입계에 확산되어 소결을 촉진시키는 메카니즘으로 구동하기 때문에 오히려 부분적인 첨가제의 편석현상으로 인해 인덕턴스의 저감 및 손실을 가져옴과 동시에 내부전극인 수은과 상호 반응하거나 수은전극에 확산되어 칩인덕터의 전자기적 특성(인덕턴스, Q-factor)을 열화시킴에 따라 제품의 신뢰성에 큰 영향을 미치는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 고주파 특성이 매우 우수한 형상제어된 연자성분말을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 (a) 형상제어 된 연자성 분말에 바인더를 첨가하여 연자성 분말을 코팅하는 단계; (b) 코팅된 연자성 분말을 상온에서 성형하는 단계; (c) 성형된 연자성 분말을 열처리하는 단계; 및 (d) 동선을 권선하는 단계를 포함하는 권선형 인덕터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 (a) 형상제어 된 연자성 분말에 바인더를 첨가하여 연자성 분말을 코팅하는 단계; (b) 코팅된 연자성 분말을 사용하여 닥터브레이드 법에 의해 그린시트를 주조하는 단계; (c) 주조된 그린시트를 적층 하는 단계; (d) 적층된 시트 위에 내부전극을 인쇄한 후 다시 그린시트를 적층하는 단계; (e) 이를 소성하는 단계; 및 (f) 소성된 소결체에 외부전극을 형성하는 단계를 포함하는 칩형 인덕터의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 먼저 본 발명에 따른 형상제어된 연자성 재료는 순철(Fe), 코발트(Co), 나노결정(Finemet), Permalloy, 비정질 등의 각종 연자성분말에 계면활성제를 첨가한 후 볼밀링 공정을 수행함으로써 수득되며, Aspect Ratio(두께: 직경의 비)가 3내지 100으로 제어 된다.

또한 본 발명에 따른 권선형 인덕터의 제조방법은 (a) 형상제어 된 연자성 분말에 바인더를 총 0.2∼3wt% 범위에서 첨가하여 연자성 분말을 코팅하는 단계; (b) 코팅된 연자성 분말을 상온에서 성형하는 단계; (c) 성형된 연자성 분말을 50∼700℃의 온도에서 열처리하는 단계; 및 (d) 동선을 권선하는 단계를 포함하여 구성되며, 저온 소성용 권선형 인덕터의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명에 따른 칩형 인덕터의 제조방법은 (a) 형상제어 된 연자성 분말에 바인더를 첨가하여 연자성 분말을 코팅하는 단계; (b) 코팅된 연자성 분말을 사용하여 닥터브레이드 법에 의해 그린시트를 주조하는 단계; (c) 주조된 그린시트를 적층 하는 단계; (d) 적층된 시트 위에 알루미늄,전도성 폴리머 등의 내부전극을 인쇄한 후 다시 그린시트를 적층하는 단계; (e) 이를 50∼700 ℃범위의 온도에서 소성하는 단계; 및 (f) 소성된 소결체에 외부전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

일반적으로 자성재료는 그 조직, 조성 및 형상에 따라 주파수 대역에 따라 특성이 달리 나타난다.

본 발명은 10 kHz∼수백 MHz의 고주파 대역에서 우수한 전자기적 특성을 나타내는 형상제어 된 각종 자성분말(결정, 나노결정, 비정질 등)을 이용한다. 형상제어 되었을 때, 목적하는 우수한 고주파특성을 나타내는 분말로는 순철(Fe), 코발트(Co)계, 퍼말로이(permalloy)계, 나노결정(Finemet :Fe-Si-Nb-B-Cu계 등) 및 각종 비정질 자성 분말이 사용 가능하다. 바람직한 연자성분말로는 Fe₈₀Ni_20,Fe₅₀Ni_50,Fe(pure), Co(pure), Fe_84.1Si_10.1Al_5.8,Fe₄₉Co₄₉V_2,Fe_91.7Si_5.3B₃(비정질분말), Co_83.9Fe_5.34Si_8.53B_2.4(비정질분말), Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말) 등 이다.

본 발명의 형상제어 된 연자성분말을 제조하기 위해 수행하는 볼밀링공정은 크롬 코팅볼이나 철볼을 사용하여 분말의 형상을 제어하는 것으로서, 볼의 강도 및 무게를 정하여 공정을 행하는데 공정시 분말의 뭉쳐짐을 최대한 피해야 하며, 또한 분말의 파단(fracture)도 피할 수 있는 적정시간 동안 공정을 행하여 분말의 형상을 제어한다[J. D.James, B. Wilshire and D. Cleaver, Powder Metall. 33(3),247(1990)]. 본 발명에 따른 볼밀링공정은 5시간 동안 행하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 볼밀링과정 중 자성분말의 agglomerate(뭉침)을 방지하기 위하여 계면활성제를 첨가하며, stearic acid가 가장 바람직하다.

계면활성제의 양은 총질량의 0.1∼2.0wt%로 제한하는 것이 바람직하다. 상기에서 '총질량'이란, 제조되는 연자성분말과 계면활성제의 총질량을 의미하며, 기타 유기용매등의 질량은 포함되지 않는다. 본 발명에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말은 Aspect ratio(두께: 직경의 비)가 3내지 100의 범위로 조절된다.

형상제어 된 연자성분말을 제조 한 후 필요에 따라 200내지 400℃의 온도에서 열처리하여 계면활성제를 제거한다.

상기의 형상제어된 연자성분말을 저온소성용 내부전극(알루미늄, 전도성폴리머 등)과 혼합하여 소자를 제작하면 소성온도를 종래의 고온의 공정온도(850∼1,350℃)에서 700℃이하로 하향화가 가능한 공정상의 이점이 있다.

본 발명의 권선형 인덕터의 제조방법에 있어서 사용되는 바인더는 폴리이미드(polyimide)계와 페놀(phenol)계의 열경화성 수지가 바람직하다.

상기의 폴리이미드 등의 바인더는 연자성 소재의 주성분과 반응하여도 전자기적 특성의 열화를 최소화할 수 있고 특히, 소자를 제작하였을 때 자성층에 있어 전기저항을 증가시켜 고주파화가 가능하도록 하는 등의 장점이 있다. 또한 형상제어된 연자성분말에 첨가되는 바인더에 의해서 고주파(∼수GHz)에서 우수한 품질계수(Q)값을 얻을 수 있는 반면 인덕턴스는 낮아질 수 있는데, 이런 특성을 이용하면 칩의 용도에 따라 적절한 자기특성을 갖는 칩을 얻을 수 있다.

바인더의 양은 총질량의 0.2∼3.0wt%로 제한하는 것이 바람직하다. 0.2wt% 이하에서는 접합강도가 약하여 연자성 분말의 벌크화가 곤란하며, 한편 바인더의 양이 너무 많으면 분말 입자간의 접합강도는 강해지지만 성형체 중에 분말의 양이 적게 되어 연자기 특성이 저하되기 때문이다. 상기에서 '총 질량'이란, 제조되는 형상제어된 연자성분말과 바인더의 총질량을 의미하며, 기타유기용매 등의 질량은 포함되지 않는다.

성형 후 50내지 700℃에서 0.1∼1시간 동안 열처리를 수행하여 기계적인 강도를 부여하며, 승온과정은 분당 10℃이내로 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 자기적 특성이 우수하고 품질계수가 적어도 100 이상, 그 피크역이 약 10 MHz이상이며 인덕턴스가 적어도 1.7 이상 되는 고주파 특성이 양호한 권선형 인덕터를 기존보다도 훨씬 저온에서 제조할 수 있다.

본 발명의 칩형 인덕터의 제조방법에 있어서 사용되는 바인더는 폴리비닐부틸(PVB), 메틸렌클로라이드(MC), 오레익산, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 톨루엔, 마니톨 또는 폴리이미드 등의 유기고분자 중에서 선택된 한 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

연자성분말과 바인더의 혼합비는 wt%기준으로 1:1 내지 1:1.4 가 바람직하다.

사용되는 내부전극은 알루미늄, 수은, polypyrrole, polyacelylene 또는 polyphenylene 중에서 선택된 한 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 소성 단계의 소성온도는 50내지 700℃에서 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 기존의 칩인덕터의 소성온도보다 훨씬 낮은 700℃(전도성폴리머의 경우 300℃ 이하)이하에서도 칩인덕터를 제조하는 것이 가능하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 예시하겠으나, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 형상제어 된 연자성 분말의 제조

연자성분말인 Fe₈₀Ni₂₀에 stearic acid를 0.5wt% 첨가하여 볼밀링을 수행하였다.

볼밀링은 5시간동안 행하여 분말의 형상을 제어하였다. 형상제어 된 분말은 그 Aspect ratio(두께:직경의 비)가 5로 조절되었다. 이렇게 형상제어 된 분말은 약 300℃의 온도에서 열처리하여 stearic acid를 제거하였다.(실시예1-A)

상기의 공정에 따라 하기 표1의 조건으로 실시하여 실시예1-B 내지 실시예1-I에 따른 형상제어 된 분말을 제조하였다.

[표 1]

구 분	연자성분말^*(화학조성:wt%)	Stearic acid(wt%)	볼밀링시간(H)	Aspectratio	Stearic acid제거 온도(℃)
실시예1-A	Fe₈₀Ni₂₀	0.5	5	5	300
실시예1-B	Fe₅₀Ni₅₀	0.5	5	5	300
실시예1-C	Fe(pure)	0.5	5	5	300
실시예1-D	Co(pure)	0.5	5	5	300
실시예1-E	Fe_84.1Si_10.1Al_5.8	0.5	5	5	300
실시예1-F	Fe₄₉Co₄₉V₂	0.5	5	5	300
실시예1-G	Fe_91.7Si_5.3B₃(비정질분말)	0.5	20	5	300
실시예1-H	Co_83.9Fe_5.34Si_8.53B_2.4(비정질분말)	0.5	20	5	300
실시예1-I	Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말)	0.5	20	5	300

* 형상제어된 연자성분말[Aspect ratio(두께:직경의 비) = 3∼100]

<실시예 2> 형상제어 된 연자성 분말을 이용한 권선형 인덕터의 제조

상기 실시예 1-A에 따라 제조된 향상제어 된 연자성 분말(Fe₈₀Ni₂₀)에 0.5wt%의 폴리이미드 바인더를 첨가하여 혼합한 후 건조한 다음, 외경 9.65mm, 내경 4.78mm, 높이 3.68mm의 토로이달 코아로 성형하고, 자기적 특성의 발현을 위하여 열처리하였다. 열처리온도는 약 700℃이며, 승온속도는 10℃/분으로 하였으며, 1시간정도 열처리온도를 유지한 후 상온으로 냉각하였다. 이때 냉각속도는 10℃/분의 속도로 하였다. 이와 같이 열처리하여 완성된 재료에 직경 0.55mm의 에나멜 동선을 20회 권선 하였다.(실시예 2-A)

상기 실시예2-A의 공정에 따라 하기 표2의 조건으로 실시하여 실시예2-B 내지 실시예2-I에 따른 권선형 인덕터를 제조하였다.

[표2]

구 분	사용 연자성 분말	바인더 종류	바인더(wt%)	성형 후 열처리온도(℃)
실시예2-A	실시예1-A에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말 (Fe₈₀Ni₂₀)	폴리이미드	0.5	700
실시예2-B	실시예1-B에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말(Fe₅₀Ni₅₀)	페놀	0.5	700
실시예2-C	실시예1-C에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe(pure)]	폴리이미드	0.5	300
실시예2-D	실시예1-D에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Co(pure)]	폴리이미드	0.5	500
실시예2-E	실시예1-E에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말(Fe_84.1Si_10.1Al_5.8)	폴리이미드	0.5	750
실시예2-F	실시예1-F에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말(Fe₄₉Co₄₉V₂)	폴리이미드	0.5	900
실시예2-G	실시예1-G에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe_91.7Si_5.3B₃(비정질분말)]	페놀	1.0	350
실시예2-H	실시예1-H에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Co_83.9Fe_5.34Si_8.53B_2.4(비정질분말)]	폴리이미드	1.0	400
실시예2-I	실시예1-I에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말)]	폴리이미드	1.0	620

<비교예 1> 종래의 연자성 분말을 이용한 권선형 인덕터의 제조

입수한 구형 순철분말을 볼밀링 수행과정 없이 즉, 형상제어를 하지 않고 분말을 원상태 그대로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2-C와 동일한 방법으로 권선형 인덕터를 제조하였다.(비교예1-A)

입수한 구형 Fe₈₀Ni₂₀분말을 볼밀링 수행과정 없이 즉, 형상제어를 하지 않고 분말을 원상태 그대로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2-A와 동일한 방법으로 권선형 인덕터를 제조하였다.(비교예1-B)

<시험예 1>

상기 실시예 2 및 상기 비교예 1에 따라 제조된 권선형인덕터를 10 kHz-수백 MHz의 주파수 대역에서 임피던스 분석기(HP 4194A)를 이용하여 인덕턴스를 측정하고, 그결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표3]

구분	인덕턴스(μH)
구분	10 kHz	1 MHz
실시예2-A	2.6	2.5
실시예2-B	2.1	2.0
실시예2-C	1.7	1.5
실시예2-D	3.1	2.9
실시예2-E	2.2	2.0
실시예2-F	2.9	2.9
실시예2-G	2.2	2.2
실시예2-H	4.1	4.1
실시예2-I	3.4	3.4
비교예1-A	5.2	0.4
비교예1-B	9.1	0.8

상기 표3에서 알수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 2의 경우 소성 완료된 연자성 소결체의 인덕턴스 값이 10 kHz-1 MHz에서의 범위에서 거의 변화가 없었으며, 인덕턴스값도 1.7μH 이상이 었다. 특히 실시예 2-H와 2-I의 경우에는 인덕턴스 값이 3μH 이상을 나타내었으며, 이는 비정질상 및 나노결정상에 기인하는 것으로 판단된다.

반면, 비교예 1과 같이 형상제어를 하지 않은 분말을 사용하여 권선형 인덕터를 제조한 경우 저주파 영역(10 kHz)에서는 더 높은 인덕턴스 값을 보이지만 고주파 영역으로 갈수록 인덕턴스 값이 급격히 감소하여 1 MHz에서는 훨씬 낮은 인덕턴스 값을 보였다. 따라서 형상제어 한 분말을 사용한 경우 그 형상자기이방성 등에 의하여 소자의 고주파 특성이 크게 개선되는 것을 알 수 있다.

<실시예 3> 형상제어된 연자성 분말을 이용한 칩인덕터의 제조 1

상기 실시예 1-A와 같이 제조된 형상제어 된 연자성 분말( Fe₈₀Ni₂₀)을 건조 한 후 폴리비닐부틸(PVB) 바인더를 1:1∼1:1.4(연자성분말:바인더, wt%비)로 첨가한 후,닥터브레이드법에 의해 두께 100 ㎛의 그린시트(green sheet)를 주조하였다.

주조된 그린시트를 5층 정도 적층하고, 적층된 시트위에 전도성 폴리머인 polypyrrole을 원료로 하는 내부전극을 인쇄하고, 다시 그린시트를 적층하여 소성하였다. 이때 소성은 650℃에서 2시간 실시하였다. 이렇게 소성된 소결체에 외부전극을 형성하여 칩인덕터를 제조하였다.(실시예3-A)

상기 실시예 3-A의 공정에 따라 하기 표4의 조건으로 실시하여 실시예 3-B 내지 실시예 3-I에 따른 칩인덕터를 제조하였다.

[표4]

구분	사용 연자성분말	바인더의 종류	바인더의 양 (wt%)	소성온도(℃)
실시예3-A	실시예1-A에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말 (Fe₈₀Ni₂₀)	PVB	52	650
실시예3-B	실시예1-B에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말(Fe₅₀Ni₅₀)	마니톨	52	650
실시예3-C	실시예1-C에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe(pure)]	PVB와 마니톨혼합(wt% 1:1)	52	300
실시예3-D	실시예1-D에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Co(pure)]	PVB	52	650
실시예3-E	실시예1-E에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말(Fe_84.1Si_10.1Al_5.8)	마니톨	52	300
실시예3-F	실시예1-F에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말(Fe₄₉Co₄₉V₂)	PVB와 마니톨혼합(wt% 1:1)	52	650
실시예3-G	실시예1-G에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe_91.7Si_5.3B₃(비정질분말)]	PVB	52	300
실시예3-H	실시예1-H에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Co_83.9Fe_5.34Si_8.53B_2.4(비정질분말)]	마니톨	52	650
실시예3-I	실시예1-I에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말)]	PVB	52	300

<비교예 2> 종래의 연자성 분말을 이용한 칩 인덕터의 제조

입수한 구형 순철분말을 볼밀링 수행과정 없이 즉, 형상제어를 하지 않고 분말을원상태 그대로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3-C와 동일한 방법으로 칩 인덕터를 제조하였다.(비교예2-A)

입수한 구형 Fe₈₀Ni₂₀분말을 볼밀링 수행과정 없이 즉, 형상제어를 하지 않고 분말을 원상태 그대로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3-A와 동일한 방법으로 칩 인덕터를 제조하였다.(비교예2-B)

<시험예 2>

상기 실시예 3 및 상기 비교예 2에 따라 제조된 칩인덕터의 전자기적 특성을 임피던스 분석기(HP 4194A)를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

[표5]

구분	인덕턴스(nH)	품질계수 피크(Q)
실시예3-A	210	45
실시예3-B	150	35
실시예3-C	140	39
실시예3-D	171	57
실시예3-E	164	54
실시예3-F	220	59
실시예3-G	250	61
실시예3-H	272	64
실시예3-I	263	59
비교예2-A	76	12
비교예2-B	82	17

상기 표 4 및 표5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 3의 경우 기존의 칩인덕터의 소성온도인 1400-800℃와는 달리 내부전극재에 따라, 특히 polypyrrole을 사용한 경우에는 그 소성온도를 300℃이하로 조절하는 것이 가능하였다. 또한 소성 완료된 연자성 소결체의 인덕턴스 값도 140 nH이상, 고주파에서의 품질계수(Q)값도 약 39 이상을 나타내어 기존의 칩 인덕터에 비해 전혀 떨어지지 않는 전자기적 특성을 나타내었다. 또한 소성 후의 손실도 감소되는 특성을 나타내고 있음을 알 수있다.

<실시예 4> 형상제어된 연자성 분말을 이용한 칩인덕터의 제조 2

상기 표 3에서 우수한 고주파 특성을 나타내는 상기 실시예1-A에 따라 제조된 형상제어된 분말(Fe₈₀Ni₂₀)을 사용하고, 내부전극제를 Al을 사용 한 것을 제외하고는 상기 실시예3-A와 동일한방법으로 칩 인덕터를 제조하였다(실시예4-A)

상기 표 3에서 우수한 고주파 특성을 나타내는 상기 실시예1-I에 따라 제조된 형상제어된 분말[Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말)]을 사용하여 하기 표6의 조건에 따라 상기 실시예4-A와 동일한 방법으로 실시하여 실시예 4-B내지 실시예4-F에 따른 칩 인덕터를 제조하였다.

[표6]

구분	사용분말	내부 전극재	소성온도(℃)
실시예4-A	실시예1-A에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말 (Fe₈₀Ni₂₀)	Al	650
실시예4-B	실시예1-A에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말 (Fe₈₀Ni₂₀)	polypyrrole	200
실시예4-C	실시예1-I에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말)]	Al	650
실시예4-D	실시예1-I에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말)]	polypyrrole	200
실시예4-E	실시예1-I에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말)]	polyacelylene	200
실시예4-F	실시예1-I에 따라 제조된 형상제어 된 연자성분말[Fe_83.37Si_7.7Nb_5.66B_1.98Cu_1.29(나노결정분말)]	polyphenylene	200

<비교예 3> 종래의 연자성 분말[(Fe₂O₃)_49.5(NiO)_10.1-(ZnO)_31.35(CuO)_8.85]을 이용한 칩 인덕터의 제조

기존의 페라이트 소재인 (Fe₂O₃)_49.5(NiO)_10.1-(ZnO)_31.35(CuO)_8.85를 볼밀링 수행과정 없이 즉, 형상제어를 하지 않고 분말을 원상태 그대로 사용하고, 내부전극제로서는 수은을 사용하며 소성온도를 1000℃로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 3-A와 동일한 방법으로 칩 인덕터를 제조하였다.

<시험예 3>

상기 실시예 4 및 상기 비교예 3에 따라 제조된 칩 인덕터의 전자기적 특성을 임피던스 분석기(HP 4194A)를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.

[표7]

구분	인덕턴스(nH)	Q피크
실시예4-A	221	47
실시예4-B	210	45
실시예4-C	271	61
실시예4-D	263	59
실시예4-E	257	53
실시예4-F	250	51
비교예3	240	59

상기 표 7에서와 같이 본 발명은 각종 전도성 폴리머 및 알루미늄 등을 내부전극재로 사용하여도 기존의 수은을 내부전극으로 사용한 페라이트 칩인덕터(비교예 3)와 비교하여 특성의 저하가 거의 없었다. 본 발명의 장점인 저온소성을 위해서는 새로운 전극재인 알루미늄 및 전도성폴리머를 내부전극으로 이용하는 것이 바람직하며, 특히 내부전극재로 polypyrrole을 사용한 경우에는 각종 전도성 폴리머 중 가장 우수한 고주파 특성을 얻을 수 있어 가장 바람직한 내부전극용 폴리머로 판단된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고주파특성이 우수한 연자성재료를 저온에서도 충분히 제조할 수 있으며, 본 발명은 기존 연자성 제조설비를 그대로 사용할 수 있으므로 고가의 제조설비 투자가 필요 없고 관리의 어려움이 없으며, 더불어 공정의 단순화 및 공정온도의 하락 등에 의한 공정 비용의 감소로 인하여 저가격의 칩 인덕터용 연자성재료를 제공할 수 있다.

또한 700℃이하의 저온에서도 소성이 가능하면서도 외부응력에 대한 전자기적 특성변화가 적고 우수한 고주파 특성을 갖는 형상제어 된 연자성 재료 및 이를 이용한 인덕터를 제조 할 수 있다.

Claims

연자성 분말에 계면활성제를 첨가한 후 볼밀링 공정을 수행하여 연자성 분말의 두께: 직경의 비가 3내지 100으로 형상제어 된 연자성 분말의 제조방법
제1항에 있어서, 상기 볼밀링 공정 수행 후 200내지 400℃의 온도에서 열처리를 수행하여 상기 계면활성제를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법
제 1항에 있어서, 상기 연자성 분말은 순철(Fe), 코발트(Co)계, 퍼말로이(permalloy)계, 나노결정 또는 비정질 자성 분말 중에서 선택된 한 종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법
제 1항에 있어서, 상기 계면활성제는 stearic acid인 것을 특징으로 하는 제조방법
제 1항에 있어서, 상기 계면활성제의 양은 총질량의 0.1 내지 2wt%인 것을 특징으로 하는 제조방법
(a) 제 1항의 방법에 따라 제조된 형상제어 된 연자성 분말에 바인더를 첨가하여 연자성 분말을 코팅하는 단계;

(b) 상기 코팅된 연자성 분말을 상온에서 성형하는 단계;

(c) 상기 성형된 연자성 분말을 열처리하는 단계; 및

(d) 동선을 권선하는 단계를 포함하는 권선형 인덕터의 제조방법
제 6항에 있어서, 상기 바인더는 폴리이미드 또는 페놀 중에서 선택된 한 종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법
제 6항에 있어서, 상기 바인더의 양은 총질량의 0.2 내지 3wt%인 것을 특징으로 하는 제조방법
제 6항에 있어서, 상기 열처리단계의 열처리온도는 50내지 700℃에서 수행하며, 승온과정은 분당 10 ℃이내로 수행함을 특징으로 하는 제조방법
(a) 제 1항의 방법에 따라 제조된 형상제어 된 연자성 분말에 바인더를 첨가하여 연자성 분말을 코팅하는 단계;

(b) 상기 코팅된 연자성 분말을 사용하여 닥터브레이드 법에 의해 그린시트를 주조하는 단계;

(c) 주조된 그린시트를 적층 하는 단계;

(d) 적층된 시트 위에 내부전극을 인쇄한 후 다시 그린시트를 적층하는 단계;

(e) 이를 소성하는 단계; 및

(f) 소성된 소결체에 외부전극을 형성하는 단계를 포함하는 칩형 인덕터의 제조방법
제 10항에 있어서, 상기 바인더는 폴리비닐부틸, 마니톨, 메틸렌클로라이드, 올레익산, 폴리에틸렌글리콜, 톨루엔 또는 폴리이미드 중에서 선택된 한 종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법
제 10항에 있어서, 상기 바인더는 연자성분말 대비 wt%기준으로 1:1 내지 1:1.4 로 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조방법
제 10항에 있어서, 상기 내부전극은 알루미늄, 수은, polypyrrole, polyacelylene 또는 polyphenylene 중에서 선택된 한 종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법
제 10항에 있어서, 상기 소성하는 단계의 소성온도는 50내지 700℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법