KR20140083577A

KR20140083577A - 공통모드필터 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20140083577A
Application number: KR1020120153487A
Authority: KR
Inventors: 양주환; 위성권; 김장수; 장건세; 권영도
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-04
Also published as: US20140176283A1; JP2014127718A; JP6366933B2

Abstract

본 발명은, 보다 간소한 구조로 인덕턴스를 높이기 위하여, 자성체 기판; 상기 자성체 기판 상부에 구비되고 내부에 코일전극이 형성된 절연층; 상기 절연층의 중심부를 관통하는 개구부; 및 상기 개구부 내부에 형성된 자성복합체;를 포함하되, 상기 개구부의 측벽은 소정 각도로 경사진, 공통모드필터 및 이의 제조방법을 제시한다.

Description

공통모드필터 및 이의 제조방법{COMMON MODE FILTER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 공통모드필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인덕턴스를 높일 수 있는 수단이 구비된 공통모드필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

기술이 발전함에 따라 휴대전화, 가전제품, PC, PDA, LCD 등과 같은 전자기기가 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 변화되고, 처리하는 데이터량의 증가로 인해 고속화되고 있는 추세에 있다. 이에 따라, 고속 신호 송신 인터페이스로서 USB 2.0, USB 3.0 및 고선명 멀티미디어 인터페이스(high-definition multimedia interface;HDMI)가 광범위하게 보급되었고, 개인용 컴퓨터 및 디지털 고화질 텔레비전과 같은 많은 디지털 디바이스들에서 사용되고 있다.

이들 인터페이스는 오랫동안 일반적으로 이용되었던 단일-종단 (single-end) 송신 시스템과 다르게 한 쌍의 신호 라인들을 사용하여 차동 신호(차동 모드 신호)를 송신하는 차동 신호 시스템을 채용한다. 하지만, 디지털화 및 고속화되는 전자기기들은 외부로부터의 자극에 민감하다. 즉, 외부로부터의 작은 이상 전압과 고주파 노이즈가 전자기기의 내부 회로로 유입될 경우 회로가 파손되거나 신호가 왜곡되는 경우가 발생한다.

이때, 전자기기의 회로 파손, 신호 왜곡을 발생시키는 이상 전압과 노이즈의 원인으로는 낙뢰, 인체에 대전된 정전기 방전, 회로 내에서 발생하는 스위칭 전압, 전원전압에 포함된 전원 노이즈, 불필요한 전자기신호 또는 전자기잡음 등이 있다. 이러한, 전자기기의 회로 파손이나 신호 왜곡의 발생을 방지하기 위해서는 필터를 설치하여 이상 전압과 고주파 노이즈가 회로로 유입되는 것을 방지한다.

일반적으로, 고속 차동신호 라인 등에는 공통 모드 노이즈(Common mode noise)를 제거하기 위해 공통모드필터(Common Mode Filter)가 사용되고 있다. 공통모드 노이즈는 차동신호 라인에서 발생하는 노이즈이며, 공통모드필터는 기존 EMI필터로 제거할 수 없는 노이즈들을 제거한다. 공통모드필터는 가전기기 등의 EMC 특성 향상 또는 핸드폰 등의 안테나 특성 향상에 기여한다.

일본 특허출원 공개공보 제 2012-015494호를 참조하여 종래 일반적인 공통모드필터는, 절연수지로 둘러싸인 한 쌍의 1,2차 도체코일 상하부에 자성부재가 구비된 구조를 갖는다.

이러한 구조에서 외부전극단자를 통해 상기 도체코일로 전류가 흐르게 되면 상기 도체코일 주위로 자력선속(Magnetic Flux)이 형성되는데, 이때 1,2차 도체코일의 전자기적 결합도를 높이기 위해 1,2차 도체코일간의 간격을 작게 하거나, 높은 인덕턴스(H) 구현을 위해 도체코일의 턴수를 늘리는 등 공통모드필터의 특성을 향상시키기 위한 노력이 계속되고 있다.

그러나, 이러한 기술은 소자의 슬림화 및 소형화로 인하여 공간상의 한계가 있으며, 이를 구현하기 위한 공정 과정이 복잡하고 공정의 복잡성에 비하여 충분한 특성 향상효과가 얻어지지 않아 보다 간소한 구조로 공통모드필터의 특성을 향상시킬 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

일본 특허출원 공개공보 제 2012-015494호

본 발명은 별도의 추가되는 공정없이 보다 간소한 구조로 자력선속의 흐름을 원활히 하여 인덕턴스를 높일 수 있는 공통모드필터 및 이의 제조방법을 제시하여 제품의 생산성 향상 및 제조비용을 절감하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은, 자성체 기판; 상기 자성체 기판 상부에 구비되고 내부에 코일전극이 형성된 절연층; 상기 절연층의 중심부를 관통하는 개구부; 및 상기 개구부 내부에 형성된 자성복합체;를 포함하되, 상기 개구부의 측벽은 소정 각도로 경사진, 공통모드필터를 제공한다.

또한, 상기 개구부의 바닥면 너비(w1)와 공통모드필터 소자 너비(w2)의 비는 0.01:1 내지 0.2:1인, 공통모드필터를 제공한다.

또한, 상기 개구부의 측벽과 수평선 사이의 각도(θ)는 45도 초과 90도 미만인, 공통모드필터를 제공한다.

또한, 상기 자성복합체는 연자성(軟磁性) 금속과 페라이트를 주성분으로 포함하는, 공통모드필터를 제공한다.

또한, 상기 자성복합체의 횡단면은 타원형 또는 사각형인, 공통모드필터를 제공한다.

또한, 상기 코일전극은 전자기적 결합을 이루는 1차 코일전극과 2차 코일전극으로 구성되는, 공통모드필터를 제공한다.

또한, 상기 절연층 상면에 형성되고 상기 코일전극의 양단과 각각 연결되는 외부전극과, 상기 외부전극 사이에 형성된 자성복합체;를 더 포함하는, 공통모드필터를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은, 자성체 기판 일면에 코일도체와 이를 복개하는 절연수지를 반복 형성하여 코일전극을 둘러싸는 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층을 소성하는 단계; 상기 절연층의 중심부를 관통하는 개구부를 가공하는 단계; 및 상기 개구부 내부에 자성복합체를 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 개구부의 측벽이 소정 각도로 경사지게 가공하는, 공통모드필터 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 개구부의 가공은 레이저 공법을 이용하는, 공통모드필터 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 자성복합체는, 연자성(軟磁性) 금속 분말과 페라이트 분말이 주성분으로 혼합된 자성 페이스트를 상기 개구부 내부에 충진 후 경화함으로써 형성되는, 공통모드필터 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 절연층 상면에 상기 코일전극의 양단과 각각 연결되는 외부전극을 소정 두께로 도금 형성 후, 상기 개구부를 포함한 상기 외부전극 사이에 연자성(軟磁性) 금속 분말과 페라이트 분말이 주성분으로 혼합된 자성 페이스트를 충진 후 경화하는, 공통모드필터 제조방법을 제공한다.

본 발명의 공통모드필터에 따르면, 별도의 추가되는 공정없이 보다 간소한 공정을 통해 공통모드필터의 인덕턴스를 높일 수 있어 제품의 생산성을 높일 수 있고 제조비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공통모드필터의 외관 사시도
도 2는 도 1의 I-I’선의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 공통모드필터의 내부 평면도
도 4는 본 발명에 포함된 코일전극의 다른 형태를 설명하기 위한 내부 평면도
도 5는 개구부의 측벽과 수평선 사이의 각도가 60도인 경우를 예시한 단면도
도 6은 개구부의 측벽과 수평선 사이의 각도가 45도인 경우를 예시한 단면도
도 7 내지 도 10은 본 발명의 공통모드필터 제조방법을 순차적으로 도시한 공정도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 다수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 공통모드필터의 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I’선의 단면도이다. 부가적으로, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니고, 예컨대, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 한편, 도시의 간략화 및 명료화를 위해 도면은 일반적 구성 방식을 도시하였고, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 공통모드필터(100)는, 자성체 기판(110)과, 상기 자성체 기판(110) 상부에 구비되고 내부에 코일전극(120)이 형성된 절연층(130)을 포함할 수 있다.

상기 자성체 기판(110)은 전기저항이 높고, 자력 손실이 작으며, 조성 변화를 통해 임피던스 설계가 용이한 Ni-Zn, Mn-Zn계, Ni-Zn계, Ni-Zn-Mg계, Mn-Mg-Zn계 페라이트 또는 이들의 혼합물로 구성되어 자로(磁路)의 형성공간이 된다.

상기 코일전극(120)은 동일평면 상에 나선으로 도금된 도체로서, 상기 절연층(130)의 구성재질인 절연수지를 사이에 두고 일정 간격 이격되어 전자기적 결합을 이루는 1차 코일전극(121)과 2차 코일전극(122)으로 구성될 수 있다. 또는 상기 1차 코일전극(121)과 2차 코일전극(122)이 각각 복수 개로 구성되어 이격 배치되거나, 상기 1차 코일전극(121)과 2차 코일전극(122)이 동일평면상에 동시 도금될 수도 있다.

이러한 상기 코일전극(120)은 도 3에 도시된 것처럼 상기 절연층(130)을 위에서 보았을 때 상기 절연층(130)의 외곽부에 형성되어 있고, 상기 절연층(130)의 중심부에는 상기 절연층(130)을 관통하는 개구부(151)가 형성되어 있고 그 내부에 자성복합체(150)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 코일전극(120)은 상기 자성복합체(150)를 중심으로 그 주변에 감겨진 형태로 형성된다.

이때, 상기 코일전극(120)은 도 3과 같이 타원형으로 감긴 형태이거나 도 4와 같이 사각형 등 다각형으로 감긴 형태가 될 수 있으며, 이에 대응하여 상기 자성복합체(150)의 횡단면 역시 도 3과 같이 타원형이거나 도 4와 같이 사각형일 수 있다.

한편, 본 발명의 공통모드필터(100)는 상기 절연층(130) 상면에 형성되고 연결단자(141)을 통해 상기 코일전극(120)의 단부와 연결되는 외부전극(140)을 더 포함할 수 있고, 상기 외부전극(140) 사이에는 자성복합체(160)가 형성될 수 있다. 여기서 상기 개구부(151) 내부의 자성복합체(150)와 상기 외부전극(140) 사이의 자성복합체(160)는 일체로 형성될 수 있다.

이와 같은 구조에 따라 상기 코일전극(120)에서 발생하는 자력선속은 상기 자성체 기판(110), 상기 외부전극(140) 사이의 자성복합체(160), 그리고 상기 개구부(151) 내부의 자성복합체(150)를 통해 연결됨으로써 인덕턴스가 크게 향상될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 특징은 상기 개구부(151) 내부에 형성된 자성복합체(150)에 있는 것으로, 별도의 설명이 없는 한 이하에서 지칭되는 자성복합체라는 용어는 상기 개구부(151) 내부에 형성된 자성복합체(150)를 가리키는 것으로 한다.

한편, 상기 개구부(151)의 측벽은 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있고, 상기 개구부(151)의 바닥면의 너비(w1)와 칩 소자의 너비(w2)의 비는 0.01:1 내지 0.2:1이 될 수 있다.

상기 비율은 상기 코일전극(120)의 코일턴수에 의한 인덕턴스와 상기 자성복합체(150)에 의한 인덕턴스 상승 효과를 모두 고려하여 산정된 것으로, 상기 개구부(151)의 바닥면의 너비(w1)가 너무 작게 형성되어 상기 비율 미만이 되면 개구부 형태로 보기 어려워 상기 자성복합체(150)에 의한 인덕턱스 상승 효과가 나타나지 않게 된다. 반대로, 상기 개구부(151)의 바닥면의 너비(w1)가 너무 크게 형성되어 상기 비율을 초과하면 상기 코일전극(120)의 코일턴수 감소로 인해 최대의 인덕턴스를 얻을 수 없다.

다만 상기 비율은 칩 사이즈와 현재의 도금공정 기술을 변수로 한 값으로서, 칩사이즈가 더욱 소형화되거나 도금공정 기술의 발달로 인해 한정된 공간 내 더 많은 코일턴수를 도금할 수 있으면 상기 비율은 달라질 수 있을 것이다.

한편, 상기 개구부(151)의 측벽과 수평선 사이의 각도(θ)가 작을수록 상기 자성복합체(150)의 충진부피가 증가하여 높은 인덕턴스를 구현할 수 있으나, 너무 작으면 상기 코일전극(120)에서 가장 안쪽에 있는 상기 코일전극(120)의 도체가 외부로 노출되고, 노출된 도체는 제거됨에 따라 결국 상기 코일전극(120)의 코일턴수 감소로 인해 인덕턴스가 낮아지게 된다.

아래 표 1은 상기 개구부(151)의 측벽과 수평선 사이의 각도(θ)에 따른 인덕턴스를 측정한 표로서, 표 1을 참조하면, 60도 초과 90 이하의 범위에서는 상기 각도(θ)가 작을수록 상기 자성복합체(150)의 충진부피 증가로 인해 인덕턴스가 증가하는 것을 확인할 수 있다.

상기 표 1에서 특히 주목해야 할 것은, 도 5의 예시와 같이 상기 각도(θ)가 60도가 되어 그 기울기로 인해 상층의 제1 코일전극(121)의 코일턴수가 1턴 감소하게 되더라도, 코일턴수의 감소가 없는 70도인 경우에 비해 인덕턴스의 하락폭이 크지 않다는 것이다. 이는, 상기 코일전극(120)의 코일턴수가 1턴 감소됨에 따라 손실되는 인덕턴스를 상기 자성복합체(150)가 충분히 상쇄하는 것을 의미하는 것으로, 이러한 상쇄효과는 그 기울기로 인하여 코일턴수가 1턴 감소하는 45도 초과 60도 미만의 범위내에서 동일하게 나타난다.

다만, 도 6의 예시와 같이, 상기 각도(θ)가 45도인 경우 탄젠트(tangent)값이 1이 됨에 따라 그 기울기로 인해 감소되는 상기 코일전극(120)의 코일턴수는, 상층에 위치하는 제1 코일전극(121)의 코일턴수 2턴과, 하층에 위치하는 제2 코일전극(122)의 코일전수 1턴 등 총 3턴이 되어 인덕턴스가 급격히 하락하게 된다. 따라서, 상기 개구부(151)의 측벽과 수평선 사이의 각도(θ)는 45도 초과 90도 미만의 범위에서 설정하는 것이 바람직하다.

이제, 본 발명의 공통모드필터(100)를 제조하는 방법에 대해 살펴보기로 한다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 공통모드필터(100) 제조방법을 순차적으로 도시한 공정도로서, 본 발명의 공통모드필터(100) 제조방법은 먼저 도 7과 같이, 상기 자성체 기판(110) 일면에 코일도체와 이를 복개하는 절연수지를 반복 형성하여 상기 코일전극(120)을 둘러싸는 절연층(130)을 형성하는 단계를 진행한다.

상기 절연수지는 딥 코팅(dip coating) 방식이나 스핀 코팅(spin coating) 방식 등 일반의 공지기술을 사용하여 도포될 수 있고, 각 층의 절연수지는 이후 경화 과정을 거쳐 일체화된다.

그리고 상기 코일전극(120)은 서브트랙트 공법, 애디티브 공법, 세미 애디티브 공법 등 일반의 공지기술을 사용하여 형성될 수 있다. 이때, 외부전극과의 전기적 접속을 위한 연결단자(141)를 함께 도금하는 것이 바람직하다.

최상층의 절연수지까지 도포되면 이를 일정 조건으로 열처리하여 상기 절연층(130)을 경화시킨다. 이때, 열처리 조건에 따라 후속단계에서 형성되는 개구부(151)의 경사 각도(θ)가 결정될 수 있다.

열처리 과정이 끝나면 도 8과 같이 상기 절연층(130)의 중심부에 상기 절연층(130)을 관통하는 개구부(151)를 가공한다. 이때 상기 절연층(130)은 감광성을 가지므로 자외선(UV)을 조사하여 반응시킴으로써 필요한 만큼의 상기 개구부(151)를 패터닝할 수 있다. 또는 엑시머(Eximer) 레이저나 YAG 레이저, CO₂ 레이저 등의 레이저 공법을 통해 진행될 수도 있다.

그 다음, 도 9와 같이 상기 절연층(130) 상면에 상기 코일전극(120)의 단부와 연결되는 상기 외부전극(140)을 소정 두께로 도금한 후, 마지막으로 도 10과 같이 상기 개구부(151)를 포함한 상기 외부전극(140) 사이에 자성 페이스트를 충진,경화함으로써 본 발명의 공통모드필터(100)를 최종 완성할 수 있다.

상기 자성 페이스트는 연자성(軟磁性) 금속 분말과 페라이트 분말이 주성분으로 혼합된 슬러리(Slurry) 형태의 자성물질로서, 상기 외부전극(140) 사이로 상기 자성 페이스트를 주입하면 상기 개구부(151)의 내부부터 충전이 되어 상기 외부전극(140)의 높이까지 충전 완료되면 이를 소결하여 경화한다. 이에 따라 상기 외부전극(140) 사이의 자성복합체(160)와 상기 개구부(151) 내부의 자성복합체(150)는 일체로 형성된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 공통모드필터 110 : 자성체 기판
120 : 코일전극 130 : 절연층
140 : 외부전극 150, 160 : 자성복합체
151 : 개구부

Claims

자성체 기판;
상기 자성체 기판 상부에 구비되고 내부에 코일전극이 형성된 절연층;
상기 절연층의 중심부를 관통하는 개구부; 및
상기 개구부 내부에 형성된 자성복합체;를 포함하되,
상기 개구부의 측벽은 소정 각도로 경사진,
공통모드필터.
제 1 항에 있어서,
상기 개구부의 바닥면 너비(w1)와 공통모드필터 소자 너비(w2)의 비는 0.01:1 내지 0.2:1인,
공통모드필터.
제 1 항에 있어서,
상기 개구부의 측벽과 수평선 사이의 각도(θ)는 45도 초과 90도 미만인,
공통모드필터.
제 1 항에 있어서,
상기 자성복합체는 연자성(軟磁性) 금속과 페라이트를 주성분으로 포함하는,
공통모드필터.
제 1 항에 있어서,
상기 자성복합체의 횡단면은 타원형 또는 사각형인,
공통모드필터.
제 1 항에 있어서,
상기 코일전극은 전자기적 결합을 이루는 1차 코일전극과 2차 코일전극으로 구성되는,
공통모드필터.
제 1 항에 있어서,
상기 절연층 상면에 형성되고 상기 코일전극의 양단과 각각 연결되는 외부전극과, 상기 외부전극 사이에 형성된 자성복합체;를 더 포함하는,
공통모드필터.
자성체 기판 일면에 코일도체와 이를 복개하는 절연수지를 반복 형성하여 코일전극을 둘러싸는 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층을 소성하는 단계;
상기 절연층의 중심부를 관통하는 개구부를 가공하는 단계; 및
상기 개구부 내부에 자성복합체를 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 개구부의 측벽이 소정 각도로 경사지게 가공하는,
공통모드필터 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 개구부는 레이저 공법을 통해 형성되는,
공통모드필터 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 자성복합체는 연자성(軟磁性) 금속 분말과 페라이트 분말이 주성분으로 혼합된 자성 페이스트를 상기 개구부 내부에 충진 후 소성함으로써 형성되는,
공통모드필터 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 절연층 상면에 상기 코일전극의 단부와 연결되는 외부전극을 소정 두께로 도금 형성 후, 상기 개구부를 포함한 상기 외부전극 사이에 연자성(軟磁性) 금속 분말과 페라이트 분말이 주성분으로 혼합된 자성 페이스트를 충진 후 소성하는,
공통모드필터 제조방법.