KR20060029258A - 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터복합소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 비자성체에 비 선형적인 전류/전압 특성을 갖는 바리스터층을 형성시켜 공통모드 필터의 특성과 함께 과도전압을 억제할 수 있도록 한 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명인 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자는,
공통모드 필터 복합소자에 있어서,
복합소자의 상측에 형성되는 상부커버층(100)과;
상측에서 하측, 하측에서 상측으로 교대로 비아홀을 통하여 연결되며 전극패턴이 형성되는 두 층 이상의 비자성체와,
상기 비자성체 중앙에 형성되는 자성체로 이루어진 필터(200)와;
복합소자의 하측에 형성되는 바리스터층(300);으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명인 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법은,
캐리어 필름 상에 각각 자성체막과 비자성체막을 형성한 그린시트를 준비하는 그린시트준비단계와;
상기 자성체막과 비자성체막 그린시트에 커팅라인을 형성하는 커팅라인형성단계와;
커팅라인이 형성된 비자성체막 그린시트에는 비아홀을 형성하는 비아홀형성단계와;
비아홀이 형성된 비자성체막 그린시트 상면에 전극패턴을 형성하고 전극패턴의 한쪽 끝부분은 외부에 연결되어 전기적인 접속을 할 수 있는 전기적접속단계와;
비자성체 그린시트 상면에 전도성 페이스트를 인쇄하고 비아홀에도 전도성 물질을 채워넣는 충진단계와;
자성체막 및 비자성체막 그린시트에서 불필요한 부분을 제거하는 제거단계와;
자성체막 그린시트, 커팅라인이 형성된 자성체막, 커팅라인이 형성된 비자성체막 그린시트, 비아홀과 전극패턴이 형성된 비자성체막 그린시트들을 적층하는 적층단계와;
적층된 적층체를 소성하고 소성한 적층체의 외부면에 전극단자를 형성하는 전극단자형성단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 통해 공통모드 필터(Common Mode filter)에 바리스터(Varistor)기능을 추가함으로써 별도의 바리스터(Varistor)를 사용할 필요가 없으며,기존의 Common Mode filter와 함께 Chip Varistors를 사용하므로써 실장 면적이 넓어지는 단점을 본 발명을 통해 1개의 소자에 2개의 특성이 나타나게 되므로 실장면적을 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.
커먼모드 필터, 바리스터, 복합소자, 산화아연계, 페라이트, 이종 복합 소재.
Description
도 1a 는 종래의 공통모드 필터를 나타낸 사시도이다.
도 1b 는 종래의 공통모드 필터를 분해한 분해도이다.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 사시도이다.
도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 자성체층을 도시한 사시도이다.
도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 비자성체층을 도시한 사시도이다.
도 2d 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 전극패턴을 도시한 사시도이다.
도 2e 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 자성체와 비자성체가 동일 레이어상에 적층되는 것을 도시한 사시도이다.
도 3a 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 그린시트준비단계를 나타낸 사시도이다.
도 3b 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 커팅라인형성단계를 나타낸 사시도이다.
도 3c 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 비아홀형성단계를 나타낸 사시도이다.
도 3d 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 전기적접속단계를 나타낸 사시도이다.
도 3e 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 픽업이 완료된 비자성체층을 나타낸 사시도이다.
도 3f 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 픽업이 완료된 자성체층을 나타낸 사시도이다.
도 4a 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 적층이 끝난 후의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 4b 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 적층이 끝난 후의 투시도이다.
도5a는 자성체만으로 이루어진 공통모드 필터 및 일반모드의 자기장을 나타낸 도면이다.
도5b는 자성체와 비자성체로 이루어진 공통모드 필터 및 일반모드의 자기장 을 나타낸 도면이다.
도5c는 종래와 본 발명의 모드에 따른 임피던스 특성을 나타낸 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 상부커버층 200 : 필터
211, 211a : 상층 비자성체 211b : 중앙 비자성체
211c: 하층 비자성체 221 : 중앙 자성체
222 : 측면 자성체 300 : 바리스터층
310 : 전극패턴유전체층 320 : 바리스터유전체층
330 : 하부커버층 400a, 400b, 400c, 400d : 외부전극단자
500a, 500b : 그라운드 단자
본 발명은 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 비자성체에 비 선형적인 전류/전압 특성을 갖는 바리스터층을 형성시켜 공통모드 필터의 특성과 함께 과도전압을 억제할 수 있도록 한 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 공통모드 필터에 자성체와 비자성체를 동일 Layer에 형성시켜 메이저 마그네틱 루프(Major Magnetic loop)와 내부전극 영역을 구성하여 낮은 디퍼렌셜 모드 임피던스(Differential Mode Impedance)를 형성시킬 수 있게 한 것이다.
최근 들어 휴대전화, 가전제품, PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistant), LCD(Liquid Crystal Display) 등과 같은 전자기기가 점차 디지털화되고 고속화되고 있다.
이러한 전자 기기들은 외부로부터의 자극에 민감하여 외부로부터의 작은 이상 전압과 고주파 노이즈가 전자기기의 내부 회로로 유입될 경우 회로가 파손되거나 신호가 왜곡되는 경우가 발생하고 있다.
이러한 이상 전압과 노이즈의 원인으로는 낙뢰, 인체에 대전된 정전기 방전, 회로 내에서 발생하는 스위칭 전압, 전원전압에 포함된 전원 노이즈, 불필요한 전자기신호 또는 전자기잡음 등이 있으며, 이러한 이상 전압과 고주파 노이즈가 회로로 유입되는 것을 방지하기 위한 수단으로 필터를 사용하고 있다.
이러한 예를 도 1a 내지 도 1b에 나타내었다. 공통모드 필터에서 전기적인 특성을 향상시키기 위하여, 1차코일과 2차코일 간의 전자기적인 결합도를 증가시키는 것이 중요한 요소이므로 1, 2차 코일간의 전자기적 결합도를 증가시키기 위해서는 두 코일간의 간격을 작게 하거나, 누설자속이 발생하지 않도록 자로(磁路)를 형성하여야 한다.
도 1a는 공통모드 필터의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도 시된 공통모드 필터의 분해도이다.
도 1a에 도시된 바와같이, 공통모드 필터(1)는 제1자성체 기판(3)의 상부에 형성된 적층체(7)와, 적층체(7)의 상부에 형성된 제2자성체 기판(10) 및 이들의 사이에 형성된 접착층(8)과, 제1자성체 기판(3), 적층체(7), 접착층(8) 및 제2자성체 기판의 외부 면에 형성된 외부 전극(11)을 포함한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 적층체(7)는 스퍼터링(sputtering) 등의 박막 형성 기술에 의해 증착된 복수개의 층을 포함하고, 폴리이미드 수지(polyimide resin) 또는 에폭시 수지(epoxy resin) 등의 비자성(non-magnetic) 절연 재료로 이루어진 절연층(6a)는 제1자성체 기판 3의 상부에 증착되며, 리딩(leading) 전극(12a, 12b)는 절연층(6a)의 상부에 형성되며, 또 다른 절연층(6b)이 리딩 전극 (12a, 12b)의 상부에 형성되며, 코일 패턴(4)와 코일 패턴으로부터 인출된 리딩 전극(12c)은 상기 절연층(6b)의 상부에 형성되며, 또 다른 절연층(6c)이 코일 패턴(4)과 리딩 전극(12c)의 상부에 형성되며, 코일 패턴(5)과 코일 패턴으로부터 인출된 리딩 전극(12d)는 절연층(6c)의 상부에 형성된다.
코일 패턴(4)의 한쪽 말단은 절연층(6b)에 형성되어 있는 비아홀(via hole)(13a)을 통해서 리딩 전극(12a)에 전기적으로 접속되고, 리딩 전극(12a)는 외부 전극(11a)에 전기적으로 접속된다. 코일 패턴(4)의 다른쪽 말단은 리딩 전극(12c)를 통해서 외부 전극(11c)에 전기적으로 접속된다.
한편, 또 다른 코일 패턴(5)의 한쪽 말단은 절연층(6c)에 형성되어 있는 비아홀(13c)와 절연층(6b)에 형성되어 있는 비아홀(13b)를 통해서 리딩 전극(12b)에 전기적으로 접속되고, 리딩 전극(12b)는 외부 전극(11b)에 접속된다.
코일패턴(5) 의 다른 쪽 말단은 리딩 전극(12d)을 통해서 외부 전극(11d)에 전기적으로 접속된다.
상술한 부품을 회로에 삽입하는 경우, 각각의 외부 전극(11)을 회로의 각 접속부에 전기적으로 접속함으로써, 코일 패턴(4, 5)이 회로에 연결되게 된다.
상기 부품은 스퍼터링 또는 증착(evaporation) 등의 박막 형성 기술에 의해 제작되기 때문에 1, 2차 코일간의 간격을 수 ㎛까지 작게 할 수 있으므로 종래의 제품에 비하여 전자기적 결합도가 높아지고 부품의 소형화도 가능하지만, 값비싼 장비가 필요하고 생산성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 도 1a와 도 1b에 도시된 부품은 코일패턴(4)와 코일패턴(5)의 사이에 비자성 절연층(6c)이 위치하고 있으므로, 이로 인해 누설자속이 발생하여 전자기적인 결합도와 임피던스 특성을 향상시키는 데는 한계가 있었다.
종래의 일반적인 차동신호 전송체계에서는 Common Mode Noise를 제거하기 위한 Common Mode filter와 함께 Input/output 단자에 의해 형성될 수 있는 ESD에 대한 대응을 위해 별도로 Chip Varistor등의 수동 부품을 사용한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서 공통모드 필터(Common Mode filter)와 바리스터(Varistor)기능을 한 개의 부품에서 해결하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상측에서 하측, 하측에서 상측으로 교대로 비아홀을 통하여 연결되는 전극패턴으로 3차원적인 코일을 구성하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공통모드 필터(Common Mode filter)의 경우 전자기적인 결합도와 임피던스 특성이 향상되어 SRF(Self Resonance Frequency)를 고주파 영역으로 형성시켜 향후 고속 신호에서도 적용이 가능하도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스퍼터링이나 증착 등의 박막 형성 기술에 의하지 않고 저비용 공정에 의해 결합계수가 높고 절연성이 향상된 부품을 제조하여 생산성을 크게 향상시키는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자는,
공통모드 필터 복합소자에 있어서,
복합소자의 상측에 형성되는 상부커버층(100)과;
상측에서 하측, 하측에서 상측으로 교대로 비아홀을 통하여 연결되며 전극패턴이 형성되는 두 층 이상의 비자성체와,
상기 비자성체 중앙에 형성되는 자성체로 이루어진 필터(200)와;
복합소자의 하측에 형성되는 바리스터층(300);으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 필터는 비자성체와 자성체가 하나의 단위가 되어 층을 이루되, 적어도 2층 이상 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부커버층(100)은,
자성체인 것을 특징으로 하며,
상기 바리스터층(300)은,
전극패턴이 형성되는 전극패턴유전체층(310)과,
바리스터가 형성되는 바리스터유전체층(320)과,
비자성체로 이루어지는 하부커버층(330)인 것을 특징으로 한다.
비자성체는,
전극패턴의 형성 방향이 자로장이 길게 형성되는 방향으로 구성되어 SRF(Self Resonance Frequency)를 고주파 영역에 형성시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법은,
캐리어 필름 상에 각각 자성체막과 비자성체막을 형성한 그린시트를 준비하는 그린시트준비단계와;
상기 자성체막과 비자성체막 그린시트에 커팅라인을 형성하는 커팅라인형성단계와;
커팅라인이 형성된 비자성체막 그린시트에는 비아홀을 형성하는 비아홀형성단계와;
비아홀이 형성된 비자성체막 그린시트 상면에 전극패턴을 형성하고 전극패턴의 한쪽 끝부분은 외부에 연결되어 전기적인 접속을 할 수 있는 전기적접속단계와;
비자성체 그린시트 상면에 전도성 페이스트를 인쇄하고 비아홀에도 전도성 물질을 채워넣는 충진단계와;
자성체막 및 비자성체막 그린시트에서 불필요한 부분을 제거하는 제거단계와;
자성체막 그린시트, 커팅라인이 형성된 자성체막, 커팅라인이 형성된 비자성체막 그린시트, 비아홀과 전극패턴이 형성된 비자성체막 그린시트들을 적층하는 적층단계와;
적층된 적층체를 소성하고 소성한 적층체의 외부면에 전극단자를 형성하는 전극단자형성단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 사시도이다.
도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 자성체층을 도시한 사시도이다.
도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 비자성체층을 도시한 사시도이다.
도 2d 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 전극패턴을 도시한 사시도이다.
도 2e 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 자성체와 비자성체가 동일 레이어상에 적층되는 것을 도시한 사시도이다.
본 발명인 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자는,
복합소자의 상측에 형성되는 상부커버층(100)과;
위에서 아래로 관통되되, 상하 비아홀을 통하여 연결되는 전극패턴이 형성되는 비자성체와,
상기 비자성체 중앙에 형성되는 자성체로 이루어진 필터(200)와;
복합소자의 하측에 형성되는 바리스터층(300);으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 필터는 비자성체와 자성체가 하나의 단위가 되어 층을 이루되, 적어도 2층 이상 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부커버층(100)은,
자성체인 것을 특징으로 하며,
상기 바리스터층(300)은,
전극패턴이 형성되는 전극패턴유전체층(310)과,
바리스터가 형성되는 바리스터유전체층(320)과,
비자성체로 이루어지는 하부커버층(330)인 것을 특징으로 한다.
비자성체는,
전극패턴의 형성 방향이 자로장이 길게 형성되는 방향으로 구성되어 SRF(Self Resonance Frequency)를 고주파 영역에 형성시키는 것을 특징으로 한다.
좀 더 상세히 설명하자면, 도2a 내지 도2e에 도시한 바와 같이, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 복합소자의 상측에 형성되는 상부커버층(100)과;
상측에서 하측, 하측에서 상측으로 교대로 비아홀을 통하여 연결되며 전극패턴이 형성되는 두 층 이상의 비자성체와,
상기 비자성체 중앙에 형성되는 자성체로 이루어진 필터(200)와;
복합소자의 하측에 형성되는 바리스터(300)층으로 구성된다. 이때, 상 하층의 비자성체 영역중 한쪽에 바리스터(Varistor)특성을 발휘하는 ZnO-Bi2O3계 또는 Zno-Pr6O11계 원료가 형성되어 ESD등 과도전압에 대한 비 선형성 특성을 갖는 기능을 갖도록 제작한 적층형 복합소자를 제공한다.
상기 내부 전극패턴은 다수의 층으로 구성하여 비자성체층 상에 형성된 비아홀과 상.하층에 전극패턴으로 3차원적 coil로 구성된다. 특히, 코일(Coil)의 형성 방향이 자로장이 길게 형성되는 방향으로 구성되어 있어 스트레이 커패시턴스(Stray Capacitance)등의 영향을 줄일 수 있기 때문에 SRF(Self Resonance Frequency)를 고주파 영역에 형성시킬 수 있게 된다.
상기 상부커버층은 자성체층으로 구성되며, 상부커버층(100)과 내부 전극패턴 사이에는 상기 내부 전극패턴과 형태가 동일하며 전극패턴이 형성되지 않은 비자성체층 또는 자성체층으로 구성되는 더미층이 포함될 수 있다.
본 발명에서의 자성체로는 페라이트를 사용하며 이밖에도 Ni계, Ni-Zn계, Ni-Zn-Cu계 등의 물질이 사용될 수 있으며, 비자성체로는 B2O3-SiO2 계 유리, Al2O3-SiO2 계 유리, ZnO-Bi2O3 계 ZnO-Pr6O11 계Varistor원료, 기타 세라믹 물질 가운데 상기한 페라이트와 열팽창율이 유사한 재료를 사용한다. 본 발명에서 복합 소자를 구성하는 전극패턴 각 층의 두께는 가급적 두꺼운 것이 바람직하다.
한편, 모재로 사용하는 자성체는 투자율이 높고, 품질계수가 높으며, 고주파임피던스가 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 비자성체는 유전율이 낮고, 품질계수가 높으며, 고주파 임피던스가 낮은 것이 바람직하다. 그러나 이 두 물질은 소성시에 상호 간에 화학적인 반응이 일어나서 본래의 물질 특성을 훼손할 수 있다. 또는 상호 간의 소결특성이 달라 동시소성이 어려운 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우, 자성체와 비자성체가 만나는 부분은 소결시의 수축 거동을 원활하게 하기 위해서 모재의 자성체와 모재의 비자성체가 아닌 다른 종류의 자성체 내지 비자성체를 사용할 수도 있다. 이러한 중간재를 사용함으로써, 모재 자성체의 소결수축 거동, 모재 비자성체의 소결 수축 거동을 맞추거나, 모재 자성체와 모재 비자성체의 화학적 반응을 억제하여 고유의 물질적 특성을 유지할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2a는 본 발명인 복합소자의 외관을 나타낸 것으로서, 복합소자의 상측에 형성되는 상부커버층과;
상측에서 하측, 하측에서 상측으로 교대로 비아홀을 통하여 연결되며 전극패턴이 형성되는 두 층 이상의 비자성체와,
상기 비자성체 중앙에 형성되는 자성체로 이루어진 필터와;
복합소자의 하측에 형성되는 바리스터층으로 이루어져 있다.
양쪽 측면에는 2개 coil에 연결되어 있는 외부단자(400a,400b,400c,400d)가 있으며 좌/우측면에는 ESD를 억제할 수 있는 Ground단자(500a)와 연결시킬 수 있는 1개씩의 단자가 형성된다. 상부는 상부커버층으로 구성되며 하부는 바리스터층으로 이루어지게 된다.
따라서, 등가회로에서 처럼 공통모드 필터(Common mode filter)에 바리스터(Varistor)기능이 형성되게 되는 것이다.
도 2b는 상기 복합소자에서 자성체층 만을 도시한 것으로 자기경로(magnetic path)를 볼 수 있으며, 도 2a에서 비자성체 내부 중앙에 위치하여 보이지 않았던 중앙 자성체를 볼 수 있다. 중앙 자성체(221)와 측면 자성체(222)에 의하여 형성되는 내부 공간은 비자성체가 차지하게 된다. 중앙 자성체와 측면 자성체는 여러 겹의 시트상의 필름을 적층하여 형성할 수도 있고, 벌크 상으로 형성하는 것도 가능하다.
도 2c는 비자성체를 모식적으로 도시한 것으로 상층의 비자성체(211)와 중앙 측면의 비자성체(211b)의 적층으로 인해 중앙에는 자성체가 삽입될 수 있도록 빈 공간이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 각각의 비자성체에는 비아홀과 전극패턴의 형성으로 중앙의 자성체 주변으로 coil이 형성되도록 구성되어 있다.
하층은 Varistor특성을 갖는 Layer로 구성되며 여기에 varistor 전극 패턴이 형성되게 되는 것이다.
도 2d는 도 2a에 도시된 복합소자의 전극패턴을 모식적으로 도시한 것으로 전극패턴은 비자성체에 존재하게 된다. 공통모드 필터(Common Mode Filter)에 요구되는 1, 2차 coil이 동일 Layer에 형성되게 되며 각각의 coil은 측면에는 비아홀을 이용하고 상부와 하부에서는 전극패턴을 인쇄를 통해 구현하도록 되어 있어 각각의 coil은 3차원적으로 연결되게 되는 것이다.
특히, coil의 형성이 자로장이 긴 쪽으로 형성이 되며 각각의 coil간 간격이 일반 적층 인덕터에 비해 멀게 형성이 되기 때문에 기생 정전용량(Stray Capacitance)의 영향을 줄일수 있다. 이로 인해 형성된 공통모드 필터(Common Mode Filter)의 임피던스 공진점을 보다 높은 주파수 영역으로 형성시킬 수 있게 된다. 또한 자로장이 긴 쪽으로 coil을 형성시키기 때문에 1, 2차 coil간 coil회전수를 동일하게 구성할 수 있기 때문에 coil간 임피던스의 차이를 없앨 수 있어 결합계수를 보다 높게 형성시킬 수 있다. 도 5c에 나타나 바와 같이 본 발명에 의해 형성되는 공통
모드(common mode)와 일반 모드(normal mode)에서의 임피던스(impedance)는 그래프의 점선과 같이 기존 제품보다 고주파 영역에서 SRF가 나타나게 된다.
한편, 도 2e는 자성체와 비자성체가 동일 레이어상에 적층되어 있는 예를 좀더 구체적으로 도시한 것으로, 자성체와 비자성체가 교대로 적층되어 동일 레이어에 자성체와 비자성체가 존재하게 된다.
이와 같은 적층에 의해 비자성체층에 형성된 전극패턴은 상호 전기적으로 연결되는데, 전극 패턴의 양쪽 끝단이 비아홀에 연결되어 다른 층의 전극패턴의 끝단에 전기적으로 연결된다. 한편, 전극패턴의 다른 끝단은 외부와의 전기적인 접촉을 위하여 비자성체층의 모서리까지 연장되어 있는 것을 볼 수 있으며, 적층이 끝난 후 상기 끝단에는 외부 전극단자가 형성된다. 적층이 끝난 후의 모습을 도 4a에 도시하였다.
또한, 하층의 비자성체(211c)는 바리스터 기능을 갖는 물질을 사용함으로써, 1,2차 코일 사이에 바리스터 특성을 갖도록 그라운드와 연결되는 내부전극패턴이 형성된다.
상기 바리스터 영역은 비자성체, 자성체와 동시 소결을 통해 형성시킬 수도 있으며 비자성체, 자성체의 소성체에 별도로 소성하여 형성한 바리스터를 접합하여 형성할 수 도 있다.
도 3a 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 그린시트준비단계를 나타낸 사시도이다.
도 3b 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 커팅라인형성단계를 나타낸 사시도이다.
도 3c 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 비아홀형성단계를 나타낸 사시도이다.
도 3d 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 전기적접속단계를 나타낸 사시도이다.
도 3e 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 픽업이 완료된 비자성체층을 나타낸 사시도이다.
도 3f 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법의 픽업이 완료된 자성체층을 나타낸 사시도이다.
도3a 내지 도3f에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법은,
캐리어 필름 상에 각각 자성체막과 비자성체막을 형성한 그린시트를 준비하는 그린시트준비단계와;
상기 자성체막과 비자성체막 그린시트에 커팅라인을 형성하는 커팅라인형성단계와;
커팅라인이 형성된 비자성체막 그린시트에는 비아홀을 형성하는 비아홀형성단계와;
비아홀이 형성된 비자성체막 그린시트 상면에 전극패턴을 형성하고 전극패턴의 한쪽 끝부분은 외부에 연결되어 전기적인 접속을 할 수 있는 전기적접속단계와;
비자성체 그린시트 상면에 전도성 페이스트를 인쇄하고 비아홀에도 전도성 물질을 채워넣는 충진단계와;
자성체막 및 비자성체막 그린시트에서 불필요한 부분을 제거하는 제거단계와;
자성체막 그린시트, 커팅라인이 형성된 자성체막, 커팅라인이 형성된 비자성체막 그린시트, 비아홀과 전극패턴이 형성된 비자성체막 그린시트들을 적층하는 적층단계와;
적층된 적층체를 소성하고 소성한 적층체의 외부면에 전극단자를 형성하는 전극단자형성단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
각각의 Layer를 형성시키는 방법에 대해서는 도3a~3f의 모식도와 같이 형성된다.
도 3a는 그린시트를 준비하는 단계를 보여준다. 캐리어필름(carrier film)상에 자성체막이나 비자성체막을 형성한다. 본 발명에서는 후막 적층공정에서 사용되는 닥터브레이드 테이프 캐스팅(Doctor Blade Tape Casting) 방식을 이용하여 캐리어 필름 위에 슬러리(Slurry)화 된 자성체 또는 비자성체의 그린시트를 각각 캐스 팅한다.
캐리어필름으로는 PET 필름을 사용하며, 이 밖에도 다른 재료들이 사용될 수 있으며, 캐리어 필름은 각 층의 제조가 완성된 후 각각의 층을 순서대로 적층할 때는 제거된다. 캐리어필름상에 자성체막이나 비자성체막을 형성한 그린시트는 그 자체만으로 혹은 여러층을 적층하여 커버층으로 사용할 수 있다.
그린시트를 형성한 후에는 도 3b에 도시된 바와 같이 일정한 형태로 커팅라인을 형성하는 커팅라인형성단계를 거친다. 커팅라인은 양 측면 커팅라인이 형성되며 이 형태는 상층과 중앙부에 따라 형태가 다르게 되어야 한다. 커팅라인은 레이저 가공이나 기계적 가공등을 이용할 수 있으며, 캐리어필름이 손상되지 않도록 주의하여야 한다.
도 3b의 커팅라인형성단계는 자성체막이나 비자성체막이 형성된 그린 시트 모두에 적용된다.
커팅라인이 형성된 자성체막이나 비자성체막 그린 시트는 그 자체만으로 혹은 여러층을 적층하여 더미층으로 사용될 수 있다.
한편, 비자성체막이 형성된 그린 시트에는 도 3c에 도시된 바와 같이 커팅라인 이외에 비아홀을 형성하는 비아홀형성단계를 거친다. 비아홀은 레이저 펀칭(Laser Punching)이나 기계적 펀칭(Mechanical Punching) 방법 등을 이용한다.
커팅라인과 비아홀을 형성한 비자성체 그린시트는 도 3d에 도시된 바와 같이 전극패턴을 형성하는 전기적접속단계를 거친다.
전극패턴은 비자성체전극층의 순서에 따라 서로 다른 패턴(예를 들면, 1번 coil과 2번 coil이 상층과 하층으로 서로 대칭되는 형태)으로 형성할 수 있으며, 코일부품의 사용 목적에 따라 다양한 모양으로 변형시킬 수 있을 것이다.
또한, 전극패턴의 한쪽 끝은 외부에 연장되어 전기적인 접속을 할 수 있도록 그린시트 끝단까지 형성한다. 전극패턴은 스크린프린팅(Screen Printing) 방식을 이용하여 비자성체 그린시트 상면에 전도성 페이스트를 인쇄하고, 비아홀에도 전도성물질을 채워넣는다.
도 3d를 보면 형성된 전극패턴의 일부 끝단이 비아홀 연결되어 있고 또 다른 비아홀에는 전극패턴이 접하고 있지 않은 것을 볼 수 있다. 이와 같은 형태는 각각의 비자성체의 전극패턴을 레이어별로 서로 전기적인 연결하거나 연결되지 않도록 하는 수단이 된다.
전극패턴 형성이 완료된 쉬트는 도 3e와 3f와 같이 커팅라인이 형성된 자성체 그린시트와 전극패턴이 형성된 비자성체 그린시트는 불필요한 부분을 제거(Pick-up)하게 된다. 이때 자성체 그린 시트와 비자성체 그린 시트는 각각 반대가 되는 영역을 제거하여, 상기 2e에서 기술한바와 같이 적층(Stacking) 단계시 각각의 자성체 그린 시트와 비자성체 그린 시트가 단일한 하나의 레이어를 구성할 수 있도록 한다.
도 4a 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 적층이 끝난 후의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 4b 는 본 발명의 일실시예에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자의 적층이 끝난 후의 투시도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 적층이 완료된 상태에서의 외관을 나타내는 모식도로서 측면에는 외부전극단자와 연결이 될 수 있도록 전극패턴이 나와 있으며, 상부와 하부 그리고 중앙의 자성체와 상,하부와 중앙 자성체를 연결시키는 상,하층 자성체로 자속경로를 형성시키게 된다.
도 4b는 적층체의 내부 투과도와 측면을 모식적으로 나타낸 투시도로서, 소성이 끝난 후에는 딥핑(Dipping)이나 롤러(Roller) 등을 이용하여 측면에 외부 전극단자(400a, 400b, 400c, 400d)를 형성한다.
이상과 같은 제조공정에 의하여 본 발명의 적층형 복합소자를 경제적으로 제조할 수 있으며, 특히 대량의 복합소자를 빠른 시간 안에 제조하는 것이 가능하다.
도5a는 자성체만으로 이루어진 공통모드 필터 및 일반모드의 자기장을 나타낸 도면이다.
도5b는 자성체와 비자성체로 이루어진 공통모드 필터 및 일반모드의 자기장을 나타낸 도면이다.
도5c는 종래와 본 발명의 모드에 따른 임피던스 특성을 나타낸 그래프이다.
상기 도 5a 내지 5b는 각각 자성체만으로 이루어진 복합소자와 자성체 및 비자성체로 이루어진 복합소자의 자기장을 모식적으로 보여주는 도면이다. 도 5a에서와 같이 복합소자가 자성체만으로 이루어진 경우에는 1차코일과 2차코일이 모두 투자율이 높은 자성체 내부에 형성되므로 1차코일에서 생성된 자기장의 일부는 2차코일로 전달되지 못하고 1차코일 주위로 누설된다. 이와 같은 누설 자기장으로 인해 코일 부품의 결합계수가 낮아져, 공통모드필터 또는 트랜스포머로 사용하게 되면 그 성 능이 열화된다. 반면, 도 5b에서와 같이 본 발명에 의한 복합소자의 경우 1차코일과 2차코일이 모두 저투자율의 비자성체 내부에 존재하여 코일간의 누설 자기장이 발생되지 않으므로 1차코일에서 발생된 자기장이 손실없이 2차코일로 전달될 수 있다. 즉 도5c에 도시한 바와 같이, 임피던스의 커먼모드 성분과 노멀모드 성분의 비율인 결합계수가 커지게 된다.
지금까지 설명한 구성 및 작용을 통해 공통모드 필터(Common Mode filter)와 바리스터(Varistor)기능을 한 개의 부품에서 해결할 수 있으며, 비아홀을 통하여 연결되는 전극패턴으로 3차원적인 코일 구성이 가능하게 된다.
또한, 공통모드 필터(Common Mode filter)의 경우 전자기적인 결합도와 임피던스 특성이 향상되어 SRF(Self Resonance Frequency)를 고주파 영역으로 형성시킨 향후 고속 신호에서도 적용이 가능하며, 스퍼터링이나 증착 등의 박막 형성 기술에 의하지 않고 저비용 공정에 의해 결합계수가 높고 절연성이 향상된 부품을 제조하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 및 그 제조방법을 통해 공통모드 필터(Common Mode filter)에 바리스터(Varistor)기능을 추가함으로써 별도의 바리스터(Varistor)를 사용할 필요가 없으며,기존의 Common Mode filter와 함께 Chip Varistors를 사용하므로써 실장 면적이 넓어지는 단점을 본 발명을 통해 1개의 소자에 2개의 특성이 나타나게 되므로 실장면적을 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 공통모드 필터 복합소자에 있어서,복합소자의 상측에 형성되는 상부커버층(100)과;상측에서 하측, 하측에서 상측으로 교대로 비아홀을 통하여 연결되며 전극패턴이 형성되는 두 층 이상의 비자성체와,상기 비자성체 중앙에 형성되는 자성체로 이루어진 필터(200)와;복합소자의 하측에 형성되는 바리스터층(300);으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 필터는 비자성체와 자성체가 하나의 단위가 되어 층을 이루되, 적어도 2층 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부커버층(100)은,자성체인 것을 특징으로 하는 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 바리스터층(300)은,전극패턴이 형성되는 전극패턴유전체층(310)과,바리스터가 형성되는 바리스터유전체층(320)과,비자성체로 이루어지는 하부커버층(330)인 것을 특징으로 하는 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자.
- 제 1 항에 있어서,비자성체는,전극패턴의 형성 방향이 자로장이 길게 형성되는 방향으로 구성되어 SRF(Self Resonance Frequency)를 고주파 영역에 형성시키는 것을 특징으로 하는 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자.
- 캐리어 필름 상에 각각 자성체막과 비자성체막을 형성한 그린시트를 준비하는 그린시트준비단계와;상기 자성체막과 비자성체막 그린시트에 커팅라인을 형성하는 커팅라인형성단계와;커팅라인이 형성된 비자성체막 그린시트에는 비아홀을 형성하는 비아홀형성단계와;비아홀이 형성된 비자성체막 그린시트 상면에 전극패턴을 형성하고 전극패턴 의 한쪽 끝부분은 외부에 연결되어 전기적인 접속을 할 수 있는 전기적접속단계와;비자성체 그린시트 상면에 전도성 페이스트를 인쇄하고 비아홀에도 전도성 물질을 채워넣는 충진단계와;자성체막 및 비자성체막 그린시트에서 불필요한 부분을 제거하는 제거단계와;자성체막 그린시트, 커팅라인이 형성된 자성체막, 커팅라인이 형성된 비자성체막 그린시트, 비아홀과 전극패턴이 형성된 비자성체막 그린시트들을 적층하는 적층단계와;적층된 적층체를 소성하고 소성한 적층체의 외부면에 전극단자를 형성하는 전극단자형성단계를 포함하여 이루어지는 이종소재를 이용한 적층형 칩 공통모드 바리스터 필터 복합소자 제조방법.
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