KR20140084978A - Inductor and composition for manufacturing the gap layer of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인덕터 및 그의 갭층 제조를 위한 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박형화가 가능하고, 용량 특성이 향상된 인덕터 및 그의 갭층 제조를 위한 조성물에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
최근 모바일 기기의 소형화 및 복합 기능화가 진행됨에 따라, 전자 부품도 초소형화가 진행되고 있다. 이러한 추세에 부응하기 위해, 높은 인덕턴스 특성 및 높은 Q(high-Q) 특성을 가지면서, 소형화 및 박막화 또한 가능한 박막형 칩 인덕터가 개발되고 있다.With the recent miniaturization and complex functionalization of mobile devices, the miniaturization of electronic components is also progressing. In order to meet this trend, thin-film chip inductors capable of achieving miniaturization and thinning with high inductance characteristics and high Q (high-Q) characteristics are being developed.
일반적인 박막형 칩 인덕터는 세라믹 절연시트들을 적층시켜 이루어진 다층 구조를 갖는 소자 몸체, 상기 소자 몸체 내에서 상기 시트들 각각에 형성되어 코일 구조를 이루는 내부 전극, 상기 소자 몸체 외부의 양 끝단에 형성되는 외부 전극, 그리고 상기 소자 몸체 내에서 상기 내부 전극을 구획하는 갭층으로 구성될 수 있다. 상기 갭층은 비자성체 재질로 이루어져 상기 소자 몸체 중앙에서 자속을 끊어주어, 전류 인가에 따른 상기 인덕터의 인덕턴스 L값의 변화를 줄이기 위한 것이다.A general thin film chip inductor includes a device body having a multilayer structure formed by laminating ceramic insulating sheets, an inner electrode formed on each of the sheets in the device body to form a coil structure, an outer electrode formed on both ends of the device body, And a gap layer for partitioning the internal electrode in the device body. The gap layer is made of a non-magnetic material to cut off the magnetic flux at the center of the device body to reduce a change in inductance L value of the inductor due to current application.
상기 갭층의 재료는 보통 ZnCu ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하며, 이에 소결성 확보를 위해 CuO를 첨가하거나 Fe의 함량을 조절한다. 즉, 갭층 기능 측면에서는 상기 갭층의 재료를 완전한 비자성체 재료를 사용하는 것이 바람직하나, 완전한 비자성체 재료로는 소자 몸체의 제조 공정시 소결성이 확보되지 않으므로, 약간의 자성을 발생되는 것을 감안하더라도, CuO와 같은 재료를 첨가하게 된다.The material of the gap layer is usually a ZnCu ferrite or a Zn-Ti dielectric material, and CuO is added or Fe content is controlled to ensure sinterability. That is, from the viewpoint of the function of the gap layer, it is preferable to use the complete non-magnetic material as the material of the gap layer. However, since the complete non-magnetic material does not secure the sinterability in the manufacturing process of the element body, A material such as CuO is added.
그러나, 상기와 같은 재료로서 갭층을 구현하는 경우, 다음과 같은 문제점들이 발생된다.However, when a gap layer is formed as the above-described material, the following problems arise.
첫째, 상기와 같은 갭층은 인덕터의 특성을 저하시킨다. 일반적으로 ZnCu ferrte 계열의 ferrite를 주성분으로 하는 갭층은 소자 몸체의 재료에 포함된 니켈(Ni) 성분이 상기 갭층으로 확산하고, 또한 갭층의 아연(Zn) 성분이 소자 몸체로 확산된다. 이러한 확산 현상으로 인해 상기 갭층의 두께가 실질적으로 얇아져, 인덕터의 DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성이 저하되는 현상이 발생된다. 이를 방지하기 위해서는 상기 갭층의 두께를 증가시켜야 하나, 상기 갭층의 두께를 증가시키는 경우 두꺼운 갭층 시트를 사용하여야 하므로, 인덕터의 박형화 구현이 곤란해진다.First, the gap layer degrades the characteristics of the inductor. Generally, a nickel (Ni) component contained in a material of a device body is diffused into the gap layer and a zinc (Zn) component of the gap layer is diffused into the device body. Due to such a diffusion phenomenon, the thickness of the gap layer becomes substantially thin, and the DC-bias characteristic and the bias-TCL characteristic of the inductor are lowered. In order to prevent this, the thickness of the gap layer must be increased. However, in order to increase the thickness of the gap layer, a thicker gap layer sheet must be used.
둘째, 상기와 같은 갭층은 인덕터의 용량 특성을 저하시킨다. 기존의 비자성체 Zn-Ti ferrite 계열의 유전체로 이루어진 갭층은 상기 인덕터의 제조를 위한 소성 공정을 수행하는 과정에서, Ti 물질이 소자 몸체로 확산된다. 특히, 상기 소성 온도가 높아질수록, 상기 Ti 물질의 소자 몸체로의 확산 현상은 커지며, 이에 따라 소자 몸체의 자성 특성이 나빠져, 상기 인덕터의 용량 특성이 저하된다.Second, the gap layer degrades the capacity characteristics of the inductor. The conventional non-magnetic Zn-Ti ferrite-based dielectric layer diffuses the Ti material into the device body during the firing process for manufacturing the inductor. Particularly, as the firing temperature is increased, the diffusion of the Ti material into the device body becomes larger, which deteriorates the magnetic characteristics of the device body and deteriorates the capacity characteristics of the inductor.
셋째, Fe 조성의 확산이나 Ni 성분의 확산에 따른 인덕터의 특성 저하가 발생된다. 즉, 일반적인 갭층은 소결성 확보를 위해 CuO의 첨가하게 된다. 그러나, CuO의 첨가로 인해 상기 갭층 재료는 자성을 갖게 될 수 있으며, 이러한 자성 특성은 Cu의 첨가량만큼 증가할 수도 있다. 또한, 실온에서 비자성을 갖는 갭 재료가 대략 900℃ 이상의 소성 온도에서는 Fe의 확산으로 인해 자성을 갖게 된다. 이러한 확산 현상으로 인해, 소자 몸체의 자성 특성을 저하시켜, 상기 인덕터의 용량을 저하시킨다.
Third, diffusion of the Fe composition and diffusion of the Ni component deteriorate the characteristics of the inductor. In other words, CuO is added to the general gap layer in order to secure sinterability. However, due to the addition of CuO, the gap layer material may have magnetism, and such magnetic properties may be increased by the amount of Cu added. Further, the gap material having a non-magnetic property at room temperature has magnetism due to the diffusion of Fe at a firing temperature of about 900 DEG C or higher. Due to such a diffusion phenomenon, the magnetic property of the element body is lowered, and the capacity of the inductor is lowered.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 갭층의 확산 현상을 방지하여, DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킨 인덕터를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inductor having improved DC-bias characteristics and bias-TCL characteristics by preventing diffusion of a gap layer.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 박형화가 가능하고, 용량 특성을 향상시킨 인덕터를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inductor having a reduced thickness and improved capacitance characteristics.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 갭층의 확산 현상을 방지하여, 인덕터의 DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킬 수 있는 갭층의 제조를 위한 조성물을 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a composition for the production of a gap layer which prevents diffusion of a gap layer and improves DC-bias characteristics and bias-TCL characteristics of the inductor.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인덕터의 박형화 및 용량 특성을 향상시킬 수 있는 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물을 제공하는 것에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a composition for manufacturing a gap layer of an inductor capable of improving the thickness and capacity of an inductor.
본 발명에 따른 인덕터는 소자 몸체 및 상기 소자 몸체 내에 구비되고, 금속산화물 및 수축율 조절제를 갖는 갭층(gap layer)을 포함한다.An inductor according to the present invention includes a device body and a gap layer provided in the device body and having a metal oxide and a shrinkage control agent.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal oxide may include at least one of zirconium dioxide (ZrO 2), aluminum oxide (Al 2 O 3), and titanium dioxide (TiO 2).
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3), Bi-Li 화합물계 산화물, 그리고 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the shrinkage control agent may include at least one of Bi 2 O 3 (Bi 2 O 3), Bi-Li compound oxide, and Bi-B compound oxide.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 인덕터의 갭층의 투자율은 4이하일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the permeability of the gap layer of the inductor may be 4 or less.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속산화물은 평균 입경이 0.25㎛ 이하인 산화지르코늄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal oxide may be zirconium oxide having an average particle diameter of 0.25 탆 or less.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 갭층은 20㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the gap layer may have a thickness of 20 mu m or less.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 갭층은 10.00% 이상의 수축율을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the gap layer may have a shrinkage ratio of 10.00% or more.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스이고, 상기 갭층 내 비스무스의 함량은 1.3wt% 미만일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the shrinkage rate regulator is bismuth trioxide, and the content of bismuth in the gap layer may be less than 1.3 wt%.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 소자 몸체는 복수의 시트들로 이루어지고, 상기 시트들 각각은 NiZnCu ferrite 계열의 자성체로 이루어질 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the element body is composed of a plurality of sheets, and each of the sheets may be made of a magnetic material of NiZnCu ferrite series.
본 발명에 따른 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물은 금속산화물과 수축율 조절제를 포함한다.The composition for fabricating the gap layer of the inductor according to the present invention includes a metal oxide and a shrinkage control agent.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나이고, 상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3), Bi-Li 화합물계 산화물, 그리고 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal oxide is at least one of zirconium dioxide (ZrO 2), aluminum oxide (Al 2 O 3), and titanium dioxide (TiO 2), and the shrinkage rate regulator is Bi 2
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2)이고, 상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3)이며, 상기 산화지르코늄과 상기 삼산화이비스무스의 함량비는 98.75 : 1.25 내지 95.00 : 5.00일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal oxide is zirconium dioxide (ZrO2), the shrinkage rate regulator is Bi2O3, and the content ratio of the zirconium oxide and the bismuth trioxide is 98.75: 1.25 to 95.00: 5.00 have.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수축율 조절제는 상기 산화지르코늄에 대해 1.00mol% 이상으로 첨가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the shrinkage control agent may be added in an amount of 1.00 mol% or more based on the zirconium oxide.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수축율 조절제는 상기 산화지르코늄에 대해 5.00mol% 미만으로 첨가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the shrinkage control agent may be added in an amount of less than 5.00 mol% based on the zirconium oxide.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 산화지르코늄은 평균 입경이 0.25㎛ 이하인 이산화지르코늄을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the zirconium oxide may include zirconium dioxide having an average particle diameter of 0.25 탆 or less.
본 발명에 따른 인덕터는 갭층을 산화지르코늄과 산화비스무스의 혼합 재료로 구성하여 제조 과정에서 갭층의 확산 현상을 방지함으로써, DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킬 수 있다. The inductor according to the present invention can improve the DC-bias characteristic and the bias-TCL characteristic by preventing the diffusion of the gap layer in the fabrication process by constituting the gap layer with a mixed material of zirconium oxide and bismuth oxide.
본 발명에 따른 인덕터는 ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층에 비해, 갭층의 두께를 얇게 하여 박형화가 가능하여, 상대적으로 소자 몸체의 두께를 증가시킬 수 있어 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.The inductor according to the present invention can be made thinner by reducing the thickness of the gap layer compared with the gap layer using the ZnCuFeO ferrite or Zn-Ti dielectric material as the main component, and the thickness of the device body can be relatively increased, .
본 발명에 따른 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물은 산화지르코늄을 주성분으로 하고 수축율 조절제인 산화비스무스로 이루어져, ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 하는 갭층에 비해, 갭층의 확산 현상을 방지하여 인덕터의 DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킬 수 있다. The composition for the production of the gap layer of the inductor according to the present invention is composed of zirconium oxide as the main component and bismuth oxide as the shrinkage control agent and prevents diffusion of the gap layer as compared with the gap layer mainly composed of ZnCuFeO ferrite or Zn- The DC-bias characteristic and the bias-TCL characteristic of the inductor can be improved.
본 발명에 따른 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물은 ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 하는 갭층에 비해, 갭층의 두께를 얇게 할 수 있어, 인덕터의 박형화하고 용량을 향상시킬 수 있다.
The composition for manufacturing the gap layer of the inductor according to the present invention can make the thickness of the gap layer thinner and improve the capacity and the thickness of the inductor compared to the gap layer mainly composed of the ZnCuFeO ferrite or Zn-Ti series dielectric.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터와 Ti 계열 재료로 이루어진 갭층을 갖는 인덕터의 직류전류 인가에 따른 인덕턴스 변화율을 보여주는 그래프이다.
도 3은 ZrO2 및 Bi2O3의 2성분계 조성비에 따른 수축율을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 두께 변화에 따른 초기 인덕턴스값을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 두께 변화에 따른 DC-bias 변화에 따른 인덕턴스값을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 온도 변화에 따른 DC-bias(TCL-bias) 특성을 보여주는 그래프이다.1 is a cross-sectional view illustrating an inductor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a change rate of inductance according to a direct current application of an inductor having a gap layer formed of an inductor and a Ti-based material according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the shrinkage ratio according to the two-component system composition ratio of ZrO2 and Bi2O3.
4 is a graph showing an initial inductance value according to a thickness change of a gap layer of an inductor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing inductance values according to DC-bias variation according to a thickness change of a gap layer of an inductor according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing DC-bias (TCL-bias) characteristics according to temperature change of an inductor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 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 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete and that those skilled in the art will fully understand the scope of the present invention. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 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.
The terms used herein are intended to illustrate the embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is to be understood that the terms 'comprise', and / or 'comprising' as used herein may be used to refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인덕터 및 그의 갭층 제조를 위한 조성물에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an inductor according to an embodiment of the present invention and a composition for fabricating the gap layer will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터를 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 소자 몸체(110), 전극 구조물(120), 그리고 갭층(gap layer:130)을 포함할 수 있다.1 is a cross-sectional view illustrating an inductor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an
상기 소자 몸체(110)는 복수의 시트들(112)로 이루어진 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 시트들(112)은 복수의 비자성체 세라믹 절연 시트들 또는 페라이트 자성체 시트들을 적층시켜 이루어질 수 있다. 상기 시트들(112) 각각은 ferrite 계열의 자성체로 이루어진 시트일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 시트들(112) 각각은 Ni-Zn-Cu 페라이트로 이루어지는 자성체 시트일 수 있다. 상기 Ni-Zn-Cu 페라이트로는 Fe2O3, NiO, ZnO 및 CuO 등을 선택적으로 함유하는 페라이트일 수 있다. 선택적으로, 상기 자성체 시트의 재료로서, 코발트(Co), 망간(Mn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 그리고 기타 다양한 물질이 더 함유될 수도 있다.The
상기 전극 구조물(120)은 상기 소자 몸체(110) 내부에 구비된 내부 전극(122) 및 상기 소자 몸체(110) 외부에 구비된 외부 전극(124)을 가질 수 있다. 상기 내부 전극(122)은 각각의 상기 시트들(112) 상에 형성된 회로 패턴들이 하나의 다층 코일 형태를 이루는 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 전극(122)은 은(Ag) 재질의 회로 패턴일 수 있다. 상기 외부 전극(124)은 상기 인덕터(100)를 외부 전자 기기(미도시됨)에 전기적으로 접속시키기 위한 것일 수 있다. 상기 외부 전극(124)은 상기 내부 전극(122)에 전기적으로 연결되면서 상기 소자 몸체(110)의 양 끝단에 각각 구비될 수 있다. 상기 외부 전극(124)은 외부 단자로서의 금속층 및 상기 금속층에 대해 도금 공정을 수행하여 형성된 니켈(Ni) 또는 주석(Sn)으로 이루어진 도금층들로 이루어질 수 있다.The
상기 갭층(130)은 상기 소자 몸체(110) 내부에서 상기 시트들(112) 사이에 구비될 수 있다. 상기 갭층(130)은 상기 시트들(112) 사이에서 상기 시트들(112)의 평행하는 방향으로 배치되어, 상기 소자 몸체(110)를 다수의 영역들로 구획시킬 수 있다. 상기 영역들 각각에 발생되는 자기장은 상기 갭층(130)에 의해 차단되어, 상기 영역들 간에는 자기장의 흐름이 최소화될 수 있다. 상기 갭층(130)은 상기와 같은 자기장 차단 기능 측면에서, 완전한 비자성체 재료로 구현하는 것이 바람직할 수 있다.The
상기 갭층(130)은 고온 소성용 절연 재료를 주성분으로 할 수 있다. 상기 고온 소성용 절연재료는 상기 인덕터(100)의 제조를 위한 소성 공정의 온도가 대략 800℃ 이상의 고온인 경우에 사용되는 절연 재료로 정의될 수 있다. 일 예로서, 상기 고온 소성용 절연재료로는 이산화지르코늄(ZrO2)이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 상기 고온 소성용 절연재료로는 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 상기 이산화지르코늄은 대략 0.25㎛ 이하, 더 바람직하게는 0.20㎛의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 상기 평균 입자 크기는 일정 사이즈의 샘플에서 확인되는 평균 입경으로 정의될 수 있다. 일 예로서, 상기 평균 입경은 샘플을 입도 분석기(Particle size analyzer)로 분석한 결과에서 입도 누적분포(D50)의 대략 50%지점의 값으로 정의될 수 있다. 상기 이산화지르코늄의 평균 입자 크기가 0.25㎛를 초과하는 경우, 상기 갭층(130)의 수축율이 감소될 수 있다.The
상기 갭층(130)은 상기 갭층(130)의 제조를 위한 조성물에 첨가된 수축율 조절제의 잔유물이 포함될 수 있다. 상기 갭층(130)은 상기 소자 몸체(110)의 제조 공정시 발생되는 상기 소자 몸체(110)의 수축율과 대체로 동일하게 하는 것이, 상기 인덕터(110)의 제조 효율을 높일 수 있다. 보다 구체적으로, 소성 과정에서 상기 갭층(130)과 상기 소자 몸체(110)의 수축율이 서로 상이한 경우, 이러한 수축율 차이로 인한 상기 갭층(130)과 상기 소자 몸체(110)의 계면에서 딜라미네이션(delamination) 또는 크랙(crack) 등의 공정상 불량이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 수축율 조절제는 상기와 같은 수축률 차이를 최소화하도록 제공될 수 있다. 또한, 상기 갭층(130)과 상기 소자 몸체(110) 간의 접합력이 낮은 경우에도 상기와 같은 불량이 발생될 수 있으므로, 상기 수축율 조절제는 상기 갭층(130)과 상기 소자 몸체(110) 간의 접합력을 높일 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.The
일 예로서, 상기 수축율 조절제로는 삼산화이비스무스(Bi2O3)가 사용될 수 있다. 다른 예로서, 상기 수축율 조절제로는 Bi-Li 화합물계 산화물, 그리고 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나가 사용될 수도 있다. 상기 수축율 조절제로 삼산화이비스무스를 사용하는 경우, 상기 삼산화이비스무스(Bi2O3)는 상기 고온 소성용 재료인 이산화지르코늄으로 이루어진 상기 갭층(130)에 수축율을 조절하기 위한 재료가 되며, 이때의 수축율은 대략 10.00% 이상이 되도록 그 첨가량이 조절되는 것이 바람직할 수 있다.As one example, diisobutyl tin trioxide (Bi2O3) may be used as the shrinkage ratio regulator. As another example, the shrinkage ratio adjuster may be at least one of a Bi-Li compound oxide and a Bi-B compound oxide. When bismuth trioxide is used as the shrinkage modifier, the bismuth trioxide (Bi2O3) is a material for controlling the shrinkage ratio in the
또한, 상기 수축율 조절제는 상기 갭층(130)에 대해, 소성 후 완제품에서 대략 0.1wt% 이상으로 포함될 수 있다. 상기 수축율 조절제의 함량이 0.1wt% 이하인 경우, 상기 갭층(130)을 제조하기 위한 소성 공정을 진행하는 과정에서 충분한 수축율이 확보되지 않아, 제조 공정 효율이 저하될 수 있다. 상기 수축율 조절제로 삼화비스무스를 사용하는 경우, 상기 소성 공정을 수행하는 과정에서 일부가 열에 의해 기화되어 없어질 수 있으므로, 그 함량은 최초 상기 갭층의 제조를 위한 조성물에 비해 다소 적어질 수 있으며, 상기 수축율 조절제의 함량이 0.1wt% 이상이라는 것은 상기 소성 공정에서 상기 수축율 조절제의 일부가 제거되는 것을 고려한 수치일 수 있다. 상기 갭층 제조를 위한 조성물 상태에서의 상기 수축율 조절제의 바람직한 함량에 대한 설명은 후술하겠다.In addition, the shrinkage control agent may be included in the finished product after firing at about 0.1 wt% or more with respect to the
한편, 상기 갭층(130)의 두께(T1)는 대략 25㎛ 이하로 조절될 수 있다. ZnCu ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층의 경우, 적어도 30㎛ 이상의 두께를 확보하여야만, 갭층으로서의 기능을 발휘할 수 있다. 그러나, 상기 갭층(130)은 완전한 비자성체인 산화 지르코늄 재료를 주성분으로 하므로, 상기 갭층(130)의 두께(T1)를 25㎛ 이하, 더 나아가 15㎛ 이하로 조절하여도 갭층으로서의 충분한 기능을 발휘할 수 있다.On the other hand, the thickness T1 of the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터와 Ti 계열 재료로 이루어진 갭층을 갖는 인덕터의 직류전류 인가에 따른 인덕턴스 변화율을 보여주는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)의 인덕턴스 변화값 그래프(10)는 Ti 계열의 비자성체 재료로 제조된 갭층의 인덕턴스 변화값 그래프(20)에 비해, 대략 900℃의 소성 온도에서 상대적으로 낮은 변화율을 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 갭층(130)은 Ti 계열의 비자성체 재료로 제조된 갭층에 비해, 상대적으로 얇은 두께로 제공될 수 있다. 즉, 일반적인 Ti 계열의 비자성체 재료로 제조된 갭층의 경우, 인덕터의 DC-bias 특성을 확보하기 위해, 적어도 30㎛ 이상의 두께로 제공되어야 한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)은 25㎛ 미만, 더 나아가 20㎛ 미만의 두께로 제공되어도 상기 인덕터(100)의 DC-bias 특성을 확보할 수 있다. 이와 같이 상기 갭층(130)의 두께를 얇게 하는 경우, 상대적으로 소자 몸체(110)의 두께를 증가하여 상기 내부 전극(122)의 층수를 증가시킬 수 있으므로, 상기 인덕터(100)의 용량을 증가시킬 수 있다.FIG. 2 is a graph showing a change rate of inductance according to a direct current application of an inductor having a gap layer formed of an inductor and a Ti-based material according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the
도 3은 ZrO2 및 Bi2O3의 2성분계 조성비에 따른 수축율을 보여주는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)의 제조를 위한 조성물에 있어서, 수축율 조절제로 삼산화이비스무스(Bi2O3)를 사용하는 경우, 상기 ZrO2 : Bi2O3의 함량비가 98.75 : 1.25인 것을 기준으로, 상기 수축율 조절제의 함량이 상기 기준 이상인 경우, 수축율(%)을 향상시키는 효과가 발휘되는 것을 확인하였다. 따라서, 상기 ZrO2에 대한 상기 수축율 조절제의 함량이 대략 1.00mol% 이상이면, 수축율(%)을 향상시키는 효과가 발휘되는 것을 확인하였다. 상기 수축율 조절제의 함량이 상기 조성물 대비 1.00mol% 미만인 경우, 상기 갭층(130)의 제조를 위한 소성 공정을 진행하는 과정에서 충분한 수축율이 확보되지 않는 것으로 예상할 수 있다.3 is a graph showing the shrinkage ratio according to the two-component system composition ratio of ZrO2 and Bi2O3. Referring to FIG. 3, when a composition for producing the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 두께 변화에 따른 초기 인덕턴스값을 보여주는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)의 두께가 각각 5um, 7um, 10um가 되는 인덕터들을 제조하고, 상기 인덕터들의 인덕턴스 그래프들(11, 13, 15)을 산출한 후, 이를 Zn ferrite를 사용하여 20um 두께를 갖는 갭층을 제조하였을 경우의 인덕턴스 그래프(22)와 비교하였다. 그 결과, 상기 갭층(130)은 10um의 두께만으로도 Zn ferrite를 사용하여 20um 두께를 갖는 갭층을 사용하였을 경우와 비교하여, 대체로 유사한 초기 인덕턴스값을 갖는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 갭층(130)은 일반적인 갭층에 비해 유사한 성능을 발휘하면서도 얇은 두께를 가질 수 있다.4 is a graph showing an initial inductance value according to a thickness change of a gap layer of an inductor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, inductors having thicknesses of 5 μm, 7 μm, and 10 μm, respectively, are fabricated and the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 두께 변화에 따른 DC-bias 변화에 따른 인덕턴스값을 보여주는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)의 두께가 각각 5um, 7um, 10um가 되는 인덕터들을 제조하고, 상기 인덕터들의 인덕턴스 변화율 그래프들(12, 14, 16)을 산출한 후, 이를 Zn ferrite를 사용하여 20um 두께를 갖는 갭층을 제조하였을 경우의 인덕턴스 변화율 그래프(24)와 비교하였다. 그 결과, DC-bias 변화율이 -30%가 되는 전류값인 Isat값은 상기 갭층(130) 5um 사용했을 때의 값과 유사하게 나타나는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 갭층(130)은 일반적인 갭층에 비해, 유사한 성능을 발휘하면서도, 대략 50% 이하의 얇은 두께로 제조하여도, 동등하거나 그 이상의 초기 인덕턴스 특성과 Isat값을 나타낼 수 있다.FIG. 5 is a graph showing inductance values according to DC-bias variation according to a thickness change of a gap layer of an inductor according to an embodiment of the present invention. 5, inductors having thicknesses of 5 μm, 7 μm, and 10 μm, respectively, are manufactured and the inductance
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 온도 변화에 따른 DC-bias(TCL-bias) 특성을 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 갭층(130)은 온도 변화에 따른 변화가 적은 것을 확인하였다.
6 is a graph showing DC-bias (TCL-bias) characteristics according to temperature change of an inductor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, it is confirmed that the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 소자 몸체(110)에 구비되어 자기장의 차단시키는 갭층(130)이 고온 소성용 재료인 산화지르코늄과 수축율 조절제인 산화비스무스로 이루어진 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 소성과정에서 소자 몸체와 갭층 간의 물질 확산이 거의 없어, 상기 산화지르코늄이 완전한 비자성 재료이므로, ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층에 비해, 동일 두께에서 더 나은 자기장 차단 효율을 발휘할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 인덕터는 갭층을 산화지르코늄과 산화비스무스의 혼합 재료로 구성하여 제조 과정에서 갭층의 확산 현상을 방지함으로써, DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 본 발명에 따른 인덕터는 ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층에 비해, 갭층의 두께를 얇게 하여 박형화가 가능하여 상대적으로 소자 몸체의 두께를 증가시킬 수 있어 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.
As described above, the
[[ 실시예Example ]]
평균 입경 100nm 이하를 갖는 산화지르코늄(ZrO2) 분말과 산화비스무스(Bi2O3)를 전체 혼합물 함량대비 아래의 표1에 나타낸 비율(mol%)과 같이 첨가하여, 혼합물을 준비하였다. 여기서, 상기 산화지르코늄(ZrO2) 분말과 산화비스무스(Bi2O3) 이외에도 소량의 아연(Zn)과 구리(Cu) 등의 소자 몸체 성분 또는 액상 소결조제 등이 선택적으로 더 첨가될 수 있으나, 상대적으로 미량이므로 산화지르코늄 분말과 산화비스무의 함량의 합이 100mol%인 것으로 정리하였다.A zirconium oxide (ZrO2) powder having an average particle diameter of 100 nm or less and bismuth oxide (Bi2O3) were added in such a ratio as shown in the following Table 1 to the total mixture content to prepare a mixture. Here, in addition to the zirconium oxide (ZrO2) powder and bismuth oxide (Bi2O3), a small amount of element body components such as zinc (Zn) and copper (Cu) or a liquid phase sintering additive can be selectively added, And the sum of the contents of zirconium oxide powder and bismuth oxide was 100 mol%.
상기 혼합물은 슬러리 형태로 제조되며, 상기 슬러리를 대략 120℃의 온도에서 12시간 이상 건조한 후, 분쇄하여 분말을 얻었다. 상기 분말에 PVA 바인더(5% 희석액)를 상기 분말 대비 대략 10wt% 첨가하여 외경 20mm 및 내경 14mm의 토로이덜 코어 몰드(toroidal core mold)에 2.5g을 넣고, 2톤의 압력으로 1분 가량 압축하여 성형한 후, 대략 900℃의 소성 온도에서 대략 2시간 동안 소성시켰다. The mixture was prepared in the form of a slurry, and the slurry was dried at a temperature of approximately 120 DEG C for at least 12 hours and pulverized to obtain a powder. 2.5 g of a PVA binder (5% diluent) was added to a toroidal core mold having an outer diameter of 20 mm and an inner diameter of 14 mm by adding about 10 wt% of the powder to the powder, and the mixture was compressed at a pressure of 2 tons for about 1 minute After molding, the mixture was calcined at a calcination temperature of approximately 900 DEG C for approximately 2 hours.
상기와 같이 제조된 토로이덜 코어의 크기를 측정하여 수축율을 산출하였고, 에나멜 동선을 10번의 턴(turn)으로 감은 후 1MHz에서의 인덕턴스 L값을 측정하여 투자율을 산출하여, 아래 표1 및 도 3에 정리하여 표시하였다.The shrinkage ratio was calculated by measuring the size of the produced toroidal core, and the enamel copper wire was wound 10 turns, and then the inductance L value at 1 MHz was measured to calculate the permeability, Respectively.
또한, 상기 샘플2와 샘플7을 이용하여 제조된 갭층의 조성에 대해 정량 분석하여, 표2에 정리하여 표시하였다.
The composition of the gap layer produced using the
상기 표 1을 참조하면, 상기 샘플1 내지 샘플7 모두의 투자율이 4미만으로 비자성체를 갖는 것을 확인하였다. 이에 따라 상기 샘플1 내지 샘플7 모두가 갭층의 재료로 충분히 사용가능하다는 것을 확인하였다.Referring to Table 1, it was confirmed that the magnetic permeability of all of the
상기 표 2를 참조하면, 상기 샘플2 및 샘플7을 이용하여 제조된 갭층 내 Bi의 함량은 각각 0.1wt% 및 1.3wt%인 것으로 확인되었다. 따라서, 상기 갭층의 제조를 위한 조성물 내 Bi2O3의 농도를 대략 1.25mol% 내지 5.00mol% 조절하는 경우, 상기 갭층에는 대략 0.1wt% 내지 1.3wt% 정도가 되는 것을 확인하였다. 다만, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수축율 조절제인 Bi2O3의 함량을 대략 1.00mol% 이상으로 추가하여도 수축율을 향상시키는 효과가 발휘될 수 있고, 인덕터의 제조 공정 조건에 따라 최종 갭층 내에서의 Bi 함량은 크게 낮아진다. Bi2O3의 최소 함량과 인덕터 제조 공정 조건을 고려하면, 상기 갭층의 Bi의 최소 함량은 0.01wt%까지 낮아질 수 있을 것으로 예측된다. Referring to Table 2, it was confirmed that the contents of Bi in the gap layer produced using the
한편, 상기 ZrO2에 대한 상기 Bi2O3의 함량을 1.25mol% 이하로 첨가하는 경우, 수축율이 2.50% 이하였다. 즉, 샘플1 및 샘플2의 경우, 수축율 조절제인 Bi2O3의 함량이 상대적으로 너무 적어, 수축율을 높이는 기능을 충분히 발휘할 수 없는 것으로 확인되었다. 그러나, 상기 ZrO2에 대한 상기 Bi2O3의 함량을 2.00mol% 이상으로 첨가하는 경우, 수축율이 10.00% 이상이었다. 즉, 샘플1 내지 샘플7의 경우, 수축율이 10% 이상으로 증가하는 것을 확인하였으며, 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, Bi2O3의 첨가량이 1.25mol% 이상이 되는 시점부터 수축율이 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다. 다만, Bi2O3의 함량이 4mol% 또는 5mol%을 초과하여 첨가하는 경우에는 수축율이 대략 18.50% 내외에서 더 이상 증가하지 않는 것을 확인하였다. 즉, 수축율 측면에서는 상기 Bi2O3의 함량이 대략 4mol% 내지 5mol%의 이상에서 포화값을 가졌다.On the other hand, when the content of Bi2O3 to ZrO2 was 1.25 mol% or less, the shrinkage ratio was 2.50% or less. That is, in the case of
상기와 같은 결과 데이터를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물은 고온 소성용 재료로서 완전한 절연 재료인 산화지르코늄을 주성분으로 하고, 이에 수축율 조절제로서 Bi2O3의 함량을 조절하는 경우, 인덕터의 갭층으로 기능을 충분히 확보할 수 있다는 것을 확인하였다. 특히, ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층의 소결 수축율이 대략 10% 내지 20%인 것을 고려하면, 산화지르코늄과 상기 Bi2O3의 함량비를 98.75 : 1:25 내지 95.00 : 5.00로 조절하면, 기존의 갭층 재료에 비해 유사하거나 더 나은 효과를 발휘하는 것을 확인하였다.
Through the above-described result data, the composition for producing the gap layer of the inductor according to the embodiment of the present invention comprises zirconium oxide, which is a completely insulating material as a high-temperature firing material, and the content of Bi2O3 as a shrinkage- , It is confirmed that the function can be sufficiently secured by the gap layer of the inductor. Particularly, considering that the sintering shrinkage ratio of the gap layer using ZnCuFeO ferrite or Zn-Ti series dielectric as a main component is approximately 10% to 20%, the content ratio of zirconium oxide and Bi2O3 is set to 98.75: 1:25 to 95.00: 5.00 , It is confirmed that the effect is similar or better than that of the conventional gap layer material.
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.
The foregoing detailed description is illustrative of the present invention. It is also to be understood that the foregoing is illustrative and explanatory of preferred embodiments of the invention only, and that the invention may be used in various other combinations, modifications and environments. That is, it is possible to make changes or modifications within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, the disclosure and the equivalents of the disclosure and / or the scope of the art or knowledge of the present invention. The foregoing embodiments are intended to illustrate the best mode contemplated for carrying out the invention and are not intended to limit the scope of the present invention to other modes of operation known in the art for utilizing other inventions such as the present invention, Various changes are possible. Accordingly, the foregoing description of the invention is not intended to limit the invention to the precise embodiments disclosed. It is also to be understood that the appended claims are intended to cover such other embodiments.
100 : 인덕터
110 : 소자 몸체
120 : 전극 구조물
122 : 내부 전극
124 : 외부 전극
130 : 갭층100: inductor
110: element body
120: Electrode Structure
122: internal electrode
124: external electrode
130: Gap layer
Claims (15)
상기 소자 몸체 내에 구비되고, 금속산화물 및 수축율 조절제를 갖는 갭층(gap layer)을 포함하는 인덕터.A device body; And
And an inductor including a gap layer provided in the element body and having a metal oxide and a shrinkage control agent.
상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 인덕터.The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide comprises at least one of zirconium dioxide (ZrO2), aluminum oxide (Al2O3), and titanium dioxide (TiO2).
상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3), Bi-Li 화합물계 산화물, 그리고 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 인덕터.The method according to claim 1,
Wherein the shrinkage rate regulator comprises at least one of bismuth trioxide (Bi2O3), a Bi-Li compound oxide, and a Bi-B compound oxide.
상기 인덕터의 갭층의 투자율은 4이하인 인덕터.The method according to claim 1,
And the permeability of the gap layer of the inductor is 4 or less.
상기 금속산화물은 평균 입경이 0.25㎛ 이하인 산화지르코늄인 인덕터.The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide is zirconium oxide having an average particle diameter of 0.25 占 퐉 or less.
상기 갭층은 20㎛ 이하의 두께를 갖는 인덕터.The method according to claim 1,
Wherein the gap layer has a thickness of 20 占 퐉 or less.
상기 갭층은 10.00% 이상의 수축율을 갖는 인덕터.The method according to claim 1,
Wherein the gap layer has a shrinkage ratio of 10.00% or more.
상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스이고,
상기 갭층 내 비스무스의 함량은 1.3wt% 미만인 인덕터.The method according to claim 1,
Wherein the shrinkage control agent is di-bismuth trioxide,
Wherein the content of bismuth in the gap layer is less than 1.3 wt%.
상기 소자 몸체는 복수의 시트들로 이루어지고,
상기 시트들 각각은 NiZnCu ferrite 계열의 자성체로 이루어진 인덕터.The method according to claim 1,
Wherein the element body comprises a plurality of sheets,
Each of the sheets being made of a magnetic material of the NiZnCu ferrite series.
금속산화물과 수축율 조절제를 포함하는 인덕터의 갭층(gap layer) 제조를 위한 조성물.A composition for the production of a gap layer in an element body of an inductor,
A composition for the production of a gap layer of an inductor comprising a metal oxide and a shrinkage control agent.
상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나이고,
상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3), Bi-Li 화합물계 산화물, 그리고 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물.11. The method of claim 10,
Wherein the metal oxide is at least one of zirconium dioxide (ZrO2), aluminum oxide (Al2O3), and titanium dioxide (TiO2)
Wherein the shrinkage rate regulator is at least one of Bi 2 O 3, Bi-Li compound oxide, and Bi-B compound oxide.
상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2)이고,
상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3)이며,
상기 산화지르코늄과 상기 삼산화이비스무스의 함량비는 98.75 : 1.25 내지 95.00 : 5.00인 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물.11. The method of claim 10,
The metal oxide is zirconium dioxide (ZrO 2)
The shrinkage control agent is di-bismuth trioxide (Bi2O3)
Wherein the content ratio of zirconium oxide to bismuth trioxide is 98.75: 1.25 to 95.00: 5.00.
상기 수축율 조절제는 상기 산화지르코늄에 대해 1.00mol% 이상으로 첨가되는 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물.11. The method of claim 10,
Wherein the shrinkage control agent is added in an amount of 1.00 mol% or more based on the zirconium oxide.
상기 수축율 조절제는 상기 산화지르코늄에 대해 5.00mol% 미만으로 첨가되는 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물.11. The method of claim 10,
Wherein the shrinkage control agent is added to the zirconium oxide in an amount of less than 5.00 mol%.
상기 산화지르코늄은 평균 입경이 0.25㎛ 이하인 이산화지르코늄을 포함하는 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물.
11. The method of claim 10,
Wherein the zirconium oxide comprises zirconium dioxide having an average particle size of 0.25 占 퐉 or less.
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