KR20060031734A - Inductor core made by fine metal wire - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자기제품에 필수 부품으로 사용되는 인덕터(inductor)의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극세선의 철(Fe) 또는 철-닉켈(Ni) 합금선을 사용하여 저항이 크고 투자율이 큰 인덕터제조에 관한 발명이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of inductors used as essential parts in electronic products, and more particularly, to inductors having high resistance and high permeability using ultra fine iron (Fe) or iron-nickel (Ni) alloy wires. The invention relates to manufacturing.
상세하게는 기존의 메탈 파우더를 사용하여 제조하던 인덕터 코아(core), 또는 판재를 적층한 후 가공하여 토로이드형(toroid)으로 제조하는 코아, 또는 비정질의 얇은 스트립(strip)을 사용하여 제조된 토로이드형 코아를 대신할 수 있는 철 또는 퍼멀로이 조성(Fe-Ni 합금)의 선재(wire)를 가공, 성형하여 직경 10~100 마이크론의 극세선으로 제조한 후 간단히 권선처리(coiling)에 의해 토로이드형의 코아를 제작하여 고주파용 인덕터를 사용하는 기술에 관한 것이다. Specifically, inductor cores manufactured using conventional metal powders, or cores made of lamination and processing are manufactured using toroidal cores, or amorphous thin strips. Wires or wires of iron or permalloy composition (Fe-Ni alloy), which can replace toroidal cores, are processed and molded into fine wires with a diameter of 10 to 100 microns, and then simply wound by coiling. The present invention relates to a technology using a high frequency inductor by manufacturing an Lloyd type core.
전자기 제품, 인덕터, 토로이드형 코아, 극세선 와이어, 철-니켈 합금 조성Electromagnetic Products, Inductors, Toroidal Cores, Micro Wire, Iron-Nickel Alloy Compositions
Description
도1은 퍼멀로이 또는 철 극세선을 사용한 인덕터 코어의 사시도,1 is a perspective view of an inductor core using permalloy or iron micro wire,
도2는 극세선을 사용한 인덕터 코어의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an inductor core using an ultrafine wire.
본 발명은 전자기제품에 필수 부품으로 사용되는 인덕터(inductor)의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극세선의 철(Fe) 또는 철-닉켈(Ni) 합금선을 사용하여 저항이 크고 투자율이 큰 인덕터제조에 관한 발명이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of inductors used as essential parts in electronic products, and more particularly, to inductors having high resistance and high permeability using ultra fine iron (Fe) or iron-nickel (Ni) alloy wires. The invention relates to manufacturing.
상세하게는 기존의 메탈 파우더를 사용하여 제조하던 인덕터 코아(core), 또는 판재를 적층한 후 가공하여 토로이드형(toroid)으로 제조하는 코아, 또는 비정질의 얇은 스트립(strip)을 사용하여 제조된 토로이드형 코아를 대신할 수 있는 철 또는 퍼멀로이 조성(Fe-Ni 합금)의 선재(wire)를 가공, 성형하여 직경 10~100 마이크론의 극세선으로 제조한 후 간단히 권선처리(coiling)에 의해 토로이드형의 코아를 제작하여 고주파용 인덕터를 사용하는 기술에 관한 것이다.Specifically, inductor cores manufactured using conventional metal powders, or cores made of lamination and processing are manufactured using toroidal cores, or amorphous thin strips. Wires or wires of iron or permalloy composition (Fe-Ni alloy), which can replace toroidal cores, are processed and molded into fine wires with a diameter of 10 to 100 microns, and then simply wound by coiling. The present invention relates to a technology using a high frequency inductor by manufacturing an Lloyd type core.
인덕터(inductor)는 도선을 감는 코일로서, 전류의 변화에 따른 자기장(magnetic field)에 의한 노이즈(noise)를 제거하는데 쓰이고, 저항, 콘덴서(condenser)와 같이 가장 기본적인 회로부품이며, 회로 소자이다. An inductor is a coil wound around a wire and used to remove noise caused by a magnetic field caused by a change in electric current. The inductor is the most basic circuit component such as a resistor and a capacitor, and is a circuit element.
종래 각종 전지전자 부품에 사용되는 Inductor는 수 100 마이크로미터 입도의 연자성 금속분말(Fe), Fe-Ni(퍼멀로이), Fe-Al-Mo-Si(샌더스트)을 사용하여 토로이드(toroid)형의 형상을 프레스성형으로 제조하거나, 고급형으로 전량 수입된 비정질 리본을 틀(bobbin)에 감아 사용하며, 보급형으로 마이크로미터 결정입도의 산화철(ferrite))를 소결 성형하여 토로이드(ring)형상으로 만드는 고주파용 인덕터 등이 있다. Conventional inductors used in various battery electronic components are made of soft magnetic metal powders (Fe), Fe-Ni (permalloy), Fe-Al-Mo-Si (sanddust) with a particle size of several hundred micrometers. The shape of the mold is manufactured by press molding, or the amorphous ribbon, which is entirely imported into the high-grade type, is wound around the bobbin, and the popular type is sintered and formed into a toroidal shape by sintering and forming a ferrite of micrometer grain size. There are high frequency inductors to make.
전기제품의 인덕터는 요구조건이 (1) 저 철손(Low core loss), (2) 고 투자율(high permeability), (3) 저렴한 가격 등이 우선조건으로 취급되는데, 상기 (1) 및 (2)의 조건을 만족하려면 와류(eddy current)발생이 될수록 작아야 하고, 이를 위해서는 인덕터 자성체내의 저항이 커야 한다.Inductors for electrical appliances are treated with the following requirements: (1) low core loss, (2) high permeability, and (3) low price. In order to satisfy the condition of, the eddy current must be smaller as the occurrence of eddy current, and for this, the resistance in the inductor magnetic body must be large.
전술한 조건을 최대한 만족하는 방법으로 분말을 사용하여 와류를 적게 하는 방법을 택하고 있으나, 분말의 제조비용이 높고, 분말을 성형하고 열처리하는 공정에 따라 생산비가 증가하는 문제가 있다.Although the method of using the powder to reduce the vortex as a method that satisfies the above conditions as much as possible, there is a problem that the production cost of the powder is high, the production cost increases according to the process of molding and heat treatment of the powder.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위한 방안으로 초 극세선의 자성체를 제 조하여 용이하게 권선(winding) 작업에 의한 인덕터를 제조함으로써 생산비가 저렴하고, 초 극세선에 의한 저항이 커서 인덕터 전체의 와류손실에 의한 철손(core loss)의 절대적인 감소를 유발하여 초특성의 인덕터 제품을 생산할 수 있고, 특히 나노 크기의 결정입자를 원료로 할 경우 최대의 저항치를 유발하여 예상치 못하는 초특성을 갖는 인덕터 코어 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
In order to solve the above problems, the present invention manufactures an inductor by easily winding a magnetic body of an ultrafine wire to produce an inductor by a winding operation. Inductor core having super characteristic can be produced by inducing an absolute reduction of core loss due to The purpose is to provide a manufacturing method.
본 발명은 직경이 0.01~0.10mm 이고, 미세구조가 100~500 나노미터의 결정입자로 된 Fe-Ni계 퍼멀로이 합금의 극세선을 권선하여서 된 인덕터 코어를 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 극세선의 Fe-Ni계 퍼멀로이 합금을 특정 형상의 토로이드로 권선하여 인덕터 코어를 제조하는 단계와, 상기 인덕터 코어를 950~1050℃의 온도에서 1~2시간 소둔하는 단계와, 상기 소둔된 인덕터 코어를 시간당 100℃로 로냉하여 600℃에서 1시간 머물다가 공냉처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인덕터 코어의 제조방법을 특징으로 한다.The present invention is characterized by an inductor core having a diameter of 0.01 to 0.10 mm and a fine structure of a Fe-Ni-based permalloy alloy made of crystal particles having a fine structure of 100 to 500 nanometers. In addition, the present invention comprises the steps of winding an ultrafine Fe-Ni-based permalloy alloy with a toroid of a specific shape to produce an inductor core, annealing the inductor core at a temperature of 950 ~ 1050 ℃ for 1 to 2 hours, The annealing inductor core is cooled to 100 ° C. per hour and stays at 600 ° C. for 1 hour, followed by air cooling.
이하 발명의 구성을 도면을 사용하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
도면 1은 퍼멀로이(Permalloy) 또는 철(Fe)의 극세선(10)을 사용하여 감은 인덕터 코아(core)의 형상(11)을 보여준다. 이렇게 제조된 코어에 1차 및 2차 전도선 코일(coil)을 감아 인덕터로서 사용하게 된다. 이때 사용하는 퍼멀로이 또는 철 극세선의 직경은 작을수록 극세선간의 전기저항이 커져 각 세선의 표면에 발생하는 와류전류(eddy current)의 발생이 극소화 되어 전체적으로 코아(11) 자체의 전기 및 열손실(core loss)이 최소화된다. 따라서 인덕터로서의 기능이 향상하게 된다. FIG. 1 shows the shape 11 of the inductor core wound using the micro wire 10 of Permalloy or iron (Fe). The primary and secondary conductive line coils are wound around the core so as to be used as an inductor. At this time, the smaller the diameter of the permalloy or iron ultra fine wire used, the greater the electrical resistance between the fine wires, thereby minimizing the generation of eddy currents generated on the surface of each fine wire, and as a whole, the electrical and heat loss of the core 11 itself (core). loss is minimized. Therefore, the function as an inductor is improved.
이러한 현상을 유발할 수 있는 근거를 도면 2에 코어의 단면적(20)을 통해 설명한다. 단면적에 극세선 퍼멀로이 또는 철 세선의 단면(22)이 보이는데, 각 세선의 표면에 따라 와류전류(21)가 발생하며 이 와류전류는 각 세선의 영역에 국한하게 되어 극세선(11)의 표면을 따라 발생하므로 세선의 직경이 작고 그 갯수(number of turning)가 많을수록 코어 전체의 저항이 커서 인덕터로서의 기능이 향상된다. 따라서 직경이 0.01~0.10mm 이고, 미세구조가 100~500 나노미터의 결정입자인 극세선이 유리하다. 물론, 사용된 퍼멀로이 또는 철 극세선의 조성과 열처리 조건에 따라 조립된 인덕터 코어의 고주파 특성은 다르겠으나, 기본적으로 극세선을 사용한 인덕터 코어의 장점은 전술한대로 (1) 각 세선에 인한 코어 전체의 저항증가, (2) 와전류의 극소화, (3) 조립공정의 단순화에 따른 제조비용 절감, (4) 극세선의 직경과 열처리 조건에 따라 코어의 고주파특성 극대화, 등의 잇점을 살릴 수 있다.The reason for causing such a phenomenon will be described through the cross-sectional area 20 of the core in FIG. The cross section 22 of the ultra fine wire permalloy or the iron fine wire is shown, and the eddy current 21 is generated according to the surface of each fine wire, and the eddy current is limited to the area of each fine wire, so that the surface of the fine wire 11 is closed. As a result, the smaller the diameter of the fine wire and the larger the number of turning, the greater the resistance of the entire core, thereby improving its function as an inductor. Therefore, the ultrafine wires having a diameter of 0.01 to 0.10 mm and microstructures of 100 to 500 nanometers are advantageous. Of course, the high frequency characteristics of the assembled inductor core may vary depending on the composition of the permalloy or iron ultrafine wires used and the heat treatment conditions, but the advantages of the inductor core using the ultrafine wires are basically (1) the resistance of the entire core due to each fine wire. Increases, (2) minimization of eddy currents, (3) reduction of manufacturing costs due to the simplification of the assembly process, and (4) maximization of high frequency characteristics of the core depending on the diameter and heat treatment conditions of the ultrafine wires.
이하 실시 예를 통해 더욱 상세히 설명한다.It will be described in more detail through the following examples.
[실시 예 1]Example 1
Fe 15 wt.%-Ni 80 wt.%-Mo5 wt.% 조성의 퍼멀로이 극세선을 직경 0.1 mm로 신선 가공하여 1100 ℃ 에서 환원 분위기중 소둔 처리한 후 인덕터 코어에 적용하 였다. 인덕터 코어의 형상은 외경 16.6 mmØ, 내경 8.5 mm Ø, 높이(두께) 9 mm Ø로서 그 무게는 8.5g 이다. 분석을 정확히 하기 위해 퍼멀로이 극세선을 사용한 인덕터 코어의 열처리 전과 참고치로 수입제 비정질 리본을 사용하여 동일한 형상의 인덕터 코어를 제조한 후 비교하여 표 1에 분석하였다. Permalloy microwires of Fe 15 wt.%-Ni 80 wt.%-Mo5 wt.% Composition were drawn to 0.1 mm in diameter and annealed in reducing atmosphere at 1100 ° C. The inductor core has an outer diameter of 16.6 mmØ, an inner diameter of 8.5mmØ and a height of 9mmØ, weighing 8.5g. In order to accurately analyze, Table 1 was compared before and after heat treatment of the inductor core using the permalloy micro wire and the same shape of the inductor core using the imported amorphous ribbon as a reference value.
표 1-1 퍼멀로이(발명재) 극세선을 사용한 인덕터 코어의 고주파 특성Table 1-1 High Frequency Characteristics of Inductor Core Using Permalloy Microwires
표1-2 비정질 리본(수입 비교재)을 사용한 인덕터 코어의 고주파 특성Table 1-2 High Frequency Characteristics of Inductor Core Using Amorphous Ribbon (Imported Comparative Material)
[실시 예 2]Example 2
다음에는 [실시 예 1]와 동일한 공정으로 인덕터 코어를 제작한 후, 2 단 열처리를 수소 또는 진공분위기에서 실시하였다. 즉, 1000 ℃에서 1 시간 소둔(annealing) 한 후 시간당 100 ℃로 로냉(furnace cooling)하여 600 ℃에서 1 시간 머물다가 공기중에서 냉각처리 한 후 동일한 조건으로 고주파특성을 평가하였다. 그 결과를 아래 표 2 에 정리하였다. 물론 수입재 비정질 리본을 최적 열처리를 통해 실시한 후 고주파특성을 동시에 평가하고 그 결과를 비교하였다(표 2-2). 이때 실시한 비정질의 열처리는 알곤 개스(Ar) 분위기에서 435 ℃/2 hr 조건으로 실시하여 최적의 특성을 얻은 후 비교 평가하였다.Next, after the inductor core was manufactured in the same process as in [Example 1], two-stage heat treatment was performed in hydrogen or a vacuum atmosphere. In other words, after annealing at 1000 ° C. for 1 hour, the mixture was cooled to 100 ° C. per hour, then cooled at 600 ° C. for 1 hour, and then cooled in air to evaluate high frequency characteristics under the same conditions. The results are summarized in Table 2 below. Of course, after the amorphous ribbons were imported through optimum heat treatment, the high frequency characteristics were simultaneously evaluated and the results were compared (Table 2-2). At this time, the amorphous heat treatment was carried out under an argon gas (Ar) atmosphere at 435 ° C./2 hr to obtain optimum properties and then evaluated.
표 2-1 퍼멀로이(발명재) 극세선을 사용한 인덕터 코어의 열처리 후 고주파 특성Table 2-1 High Frequency Characteristics after Heat Treatment of Inductor Core Using Permalloy Microwire
표 2-2 비정질 리본(수입 비교재)을 사용한 인덕터 코어의 열처리 후 고주파 특성Table 2-2 High Frequency Characteristics after Heat Treatment of Inductor Core Using Amorphous Ribbon (Imported Comparative Material)
상기의 결과를 분석할 때, 발명재 퍼멀로이를 사용한 인덕터 코어의 고주파 특성은 기존의 인덕터 소재로서는 최고의 특성을 보이는 철계(Fe bsae) 비정질 리본을 사용한 것과 거의 유사한 고주파특성을 보이고 있다. 따라서 제조원가와 고주파특성을 동시에 고려할 때는 발명재 극세선 인덕터 코어의 장점이 뚜렷함을 알 수 있다. In analyzing the above results, the high frequency characteristic of the inductor core using the invention permalloy shows a high frequency characteristic similar to that of using an iron-based (Fe bsae) amorphous ribbon showing the best characteristics of the conventional inductor material. Therefore, when considering the manufacturing cost and high frequency characteristics at the same time, it can be seen that the advantages of the ultrafine inductor core of the invention material are clear.
다만, 수입재 비정질 코어를 최적 열처리를 실한 후 발명재 퍼멀로이 극세선 코어와 비교하면 극세선을 사용한 고주파 특성이 열세로 보인다. 이것은 근본적으로 비정질 소재가 현재로서는 최고의 고주파 특성을 보유한 재료이므로 어쩔 수 없는 결과이며, 그러나 발명재 퍼멀로이 극세선의 열처리 조건을 최적화 한다면 앞으로 향상될 기회는 많이 있다고 볼 수 있다.However, after performing the optimal heat treatment of the imported amorphous core, the high frequency characteristics using the ultrafine wire appear to be inferior compared to the invention material permalloy ultrafine core. This is fundamentally an inevitable result because amorphous materials have the best high frequency characteristics at present, but there are many opportunities for improvement in the future if the heat treatment conditions of the invention permalloy ultrafine wire are optimized.
기존의 메탈 파우더(metal powder)를 사용한 인덕터 코어는 파우더 제조 →열처리 →코팅 →프레스 성형의 공정을 거치며 생산 비용를 증가시키는 요인이었고, 비정질 리본을 사용한 고급형 인덕터 코어는 리본의 급냉 제조 →절단가공 →토로이드 권선 →열처리 등을 거치면서 까다로운 열처리 및 가공에 의한 생산비용의 상승을 피할 수 없는는데 반하여,
The inductor core using the conventional metal powder increased the production cost through the process of powder manufacturing → heat treatment → coating → press molding. While Lloyd's winding → heat treatment, etc., it is inevitable to increase production cost due to difficult heat treatment and processing,
본 발명의 극세선을 이용한 인덕터 코어는 자동화 인발(drawing)공정에 의한 극세선의 대량생산 가능 →초미세 직경의 극세화 가능 → 용이한 권선공정 →대량열처리 가능 → 생산비 절감 등의 효과를 기대할 수 있다.
The inductor core using the micro wire of the present invention can be mass-produced in an ultra fine wire by an automated drawing process. .
또한, Fe-Ni 퍼멀로이 계통의 모든 조성에 대해 극세선화가 가능하여 고주파 영역의 활용범위가 넓어 활용부품의 선택성이 좋아 생산가의 조절이 용이하고,In addition, it is possible to fine-tune all the composition of the Fe-Ni permalloy system, wide application range of the high frequency range, easy to control the production price, good selectivity of the utilization parts,
최적의 열처리 조건을 확립하면 기존 고주파 특성이 가장 좋은 철계 비정질 코어의 특성에 육박하는 최적의 고주파특성을 얻을 수 있는 장점을 보유한다.Establishing the optimal heat treatment conditions has the advantage of obtaining the optimum high frequency characteristics close to those of the iron-based amorphous core having the best existing high frequency characteristics.
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