KR20140131418A - 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코일 형성부는 적층형에 의해 구현되는 적층체 구조를 이용하고, 밀도가 높은 메탈 자심을 적층체의 중앙부에 매입하여 하이브리드 형태로 패키징함에 따라 투자율과 인덕턴스 값을 높여서 대전류 인가 및 스위칭(Switching) 주파수가 높아지는 환경하에서도 우수한 DC 중첩 특성을 나타내는 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 하이브리드형 파워 인덕터는 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 관통구멍이 형성된 적층체; 상기 적층체의 관통구멍에 삽입되는 메탈 자심; 상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 상부 및 하부에 적층되는 상부 및 하부 메탈 자성시트; 및 각각 상기 적층체의 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 외부전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드형 파워 인덕터는 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 관통구멍이 형성된 적층체; 상기 적층체의 관통구멍에 삽입되는 메탈 자심; 상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 상부 및 하부에 적층되는 상부 및 하부 메탈 자성시트; 및 각각 상기 적층체의 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 외부전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 코일 형성부는 적층형에 의해 구현되는 적층체 구조를 이용하고, 밀도가 높은 메탈 자심을 적층체의 중앙부에 매입하여 하이브리드 형태로 패키징함에 따라 투자율과 인덕턴스 값을 높여서 대전류 인가 및 스위칭(Switching) 주파수가 높아지는 환경하에서도 우수한 DC 중첩 특성을 나타내는 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
휴대기기는 일반적으로 이차전지로부터 공급되는 직류(DC) 전원을 사용하여 내부회로에 필요한 다양한 전압의 동작전원을 얻고 있으며, DC-DC 컨버터(converter)와 같은 전원회로를 사용하고 있다. 이 경우, 휴대기기의 경박 단소화에 따라 DC-DC 컨버터 또한 소형으로 구현되는 것이 요구되고 있다.
DC-DC 컨버터(converter)의 스위칭(Switching) 주파수가 높아짐에 따라 고주파에서 사용가능하며 대 전류용의 DC 중첩 특성(DC Bias 특성)이 우수한 특성이 지속적으로 늘어나고 있다.
이동 휴대형 DC-DC 컨버터의 사용량이 증가와 더불어 대전류에 대한 요구(Needs)가 증대되고 인덕터의 사용 증가로 실장 면적이 부족하여 소형 사이즈의 요구가 지속되고 있다.
페라이트 적층형 인덕터는 일면에 코일을 구성하는데 필요한 내부전극패턴이 형성되어 있는 다수의 페라이트 자성시트가 적층되고, 코일의 양 단자가 적층체의 외부에 형성된 한쌍의 외부전극에 연결된 구조를 가지고 있다. 상기 적층형 인덕터의 경우 대전류에서 인덕턴스가 급격히 떨어지는 DC 중첩 특성(DC bias) 특성이 열악하여 사용이 상당부분 제한적이다.
이러한 점을 고려하여 한국 공개특허공보 제10-2012-31754호, 한국 공개특허공보 제10-2012-133000호 등에는 적층체인 페라이트 자성시트 사이에 비자성체층을 삽입하여 자속을 차단하여 전류인가에 따른 인덕턴스의 변화를 낮춤에 의해 DC 중첩 특성이 개선된 구조를 제안하고 있다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2012-31679호에는 적층체인 페라이트 시트 사이에 비자성체 페라이트로 이루어진 갭층을 형성하고, 갭층에 형성된 다수의 비아홀에 페라이트 재질의 페이스트를 채워서 용량의 증대와 디라미네이션 발생을 감소 및 DC 중첩 특성(DC bias 특성) 개선을 도모한 적층형 파워 인덕터가 제안되어 있다.
그러나, 상기한 적층형 파워 인덕터는 대전류에서 인덕턴스가 급격히 떨어지는 DC 중첩 특성이 열악한 문제를 근본적으로 해결하지 못하고 있다. 그 결과, 메탈 코어에 코일이 권선된 권선형 파워 인덕터의 사용이 지속적으로 늘어나고 있다.
권선형 파워 인덕터는 적층형 파워 인덕터에 비해서는 전류 인가에 따른 인덕턴스 L값의 변화가 작은 장점이 있으나, 소형화 및 두께를 낮추기 어려운 단점이 있고, 또한 직류 저항에서 불리하다.
또한, 권선형 파워 인덕터는 권선기의 생산성에 따라 전체적인 생산성이 달라지며 초소형의 권선이 대단히 어렵고 소형화가 어려운 단점이 있다. 따라서, 권선형 파워 인덕터는 코일을 효과적으로 구현하는 것이 요구된다.
한국 등록특허공보 제10-989824호에는 페라이트 코어가 실장될 바닥면 영역을 갖는 세라믹 재질의 전극 코어, 상기 전극 코어의 하측면에 형성된 표면 실장 전극부, 상기 전극 코어의 상측면에 부착된 페라이트 코어, 및 상기 페라이트 코어에 권선되고, 표면 실장 전극부에 전기적으로 연결된 와이어를 포함하는 파워 인덕터가 제안되어 있다.
상기 한국 등록특허공보 제10-989824호에 제안된 파워 인덕터는 권선형 파워 인덕터이므로, 상기한 바와 같이, 코일을 효과적으로 구현하지 못하는 문제를 가지고 있다.
한편, 회로패턴이 형성된 페라이트 시트 적층체의 소결시에 뒤틀림 현상으로 인하여 넓이를 넓게 할 수 없고, 인덕턴스나 직류중첩 특성을 확보하는데 제약이 있는 문제점을 고려하여, 한국 등록특허공보 제10-1072784호에는 도전회로가 형성된 자성시트의 적층체 내부에 구멍을 형성하고 자심을 삽입하고, 자성시트의 내부층은 구형 연자성 금속분말을 사용한 등방성 자성시트를 사용하고 외부층은 플레이크형 연자성 금속분말을 사용한 이방성 자성시트를 사용하여, 높은 인덕턴스와 직류중첩특성을 확보하기 위한 기술을 제안하고 있다.
그러나, 상기 한국 등록특허공보 제10-1072784호에서는 구리 클래드 자성시트의 구리 클래드를 1차 에칭하여 도전회로를 형성하고, 1차 비어홀을 형성한 후 1차 도금하여 회로층을 형성하고, 다수의 회로층을 적층한 후 적층체의 상하부에 구리 클래드 자성시트를 적층하고 구리 클래드를 2차 에칭하여 랜드를 형성하며, 2차 비어홀을 형성한 후 2차 도금하며, 적층체의 중앙부에 중공부를 형성하고 자심을 삽입한 후 자심이 삽입된 적층체의 상하부에 구리 클래드 자성시트의 구리 클래드를 3차 에칭하여 단자부를 형성하고, 3차 비어홀을 형성한 후 3차 도금하는 공정을 포함하여, 다수의 포토리소그래피에 의한 패터닝 공정과 다수의 도금공정을 거치고 있어, 생산성이 낮고 제조비용이 상승하며 대규모의 설비투자가 필요한 문제가 있다.
적층형 파워 인덕터 설계의 기본 개념은 코일 효율을 감소시키는 한이 있더라도, 전류인가에 따른 인덕턴스 변화율 특성, 즉 DC 중첩 특성(이하 DC bias 특성)을 좋게 하여, 전류에 따른 인덕턴스 L값의 변화를 최소한으로 억제하는 것이다.
DC 중첩 특성은 전류에 따른 인덕턴스 L의 변화율이 작을수록 좋다. L이 낮을수록 출력 전압의 리플(ripple)이 커지고 효율이 떨어지게 된다. 직류 저항이 낮을수록 효율이 좋으며, 특히 고전류에서 효율이 좋다. 각 온도에서의 전류 인가에 따른 인덕턴스 L값의 변화를 측정하고 각각의 온도에서의 L값의 변화가 작을수록 좋다.
따라서, 적층형 파워 인덕터에서는 이러한 전류인가에 따른 인덕턴스 L값의 변화 특성의 개선이 중요하다. 현재는 부분적으로 갭층을 내부 구조에 포함시켜 자속을 끊어줌으로써 전류인가에 따른 인덕턴스 L값의 변화 특성을 개선하고 있으나, 대전류 인가 및 DC-DC 컨버터(converter)의 스위칭(Switching) 주파수가 높아지며 소형화가 요구되는 환경하에서는 만족할만한 대 전류용의 DC 중첩 특성(DC Bias 특성)을 구현하지 못하고 있다.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 전류 인가에 따른 인덕턴스 값의 변화가 작은 권선형 파워 인덕터의 장점은 살리고, 소형화가 어려운 단점은 적층형 파워 인덕터의 구조를 채용함에 따라 해결하여 대전류 인가 및 스위칭(Switching) 주파수가 높아지는 환경하에서도 우수한 DC 중첩 특성을 나타내는 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴은 적층형에 의해 구현되는 적층체 구조를 이용하고, 밀도가 높은 메탈 자심을 적층체의 중앙부에 매입하여 하이브리드 형태로 패키징함에 따라 투자율과 인덕턴스 값을 높여서 대전류 인가 및 스위칭(Switching) 주파수가 높아지는 환경하에서도 우수한 DC 중첩 특성을 나타내는 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 입자 사이즈가 서로 다른 적어도 2종류의 연자성 금속 분말을 혼합하여 가압 성형한 메탈 파우더 코어(MPC: Metal Powder Core)를 적용함에 의해 메탈 자심의 밀도를 높여서 투자율과 Q값이 높은 메탈 자심을 구비한 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 종전의 적층형 파워 인덕터 제조설비를 그대로 활용할 수 있는 제조공정을 채용하여 신규 제조설비의 투자를 최소화하면서도 구조가 간단하고 소형화, 낮은 두께 및 원가경쟁력 확보에 유리한 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 적층체의 내부에 메탈 자심을 구비한 하이브리드형 파워 인덕터를 권선설비를 사용하지 않고 적층 공정을 이용하여 인덕터 코일을 형성하고 메탈 자심을 내장함에 따라 제품의 소형화와 제조공정의 단순화를 실현하면서 우수한 DC 중첩 특성을 나타내는 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 관통구멍이 형성된 적층체; 상기 적층체의 관통구멍에 삽입되는 메탈 자심; 상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 상부 및 하부에 적층되는 상부 및 하부 메탈 자성시트; 및 각각 상기 적층체의 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 외부전극을 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 제1관통구멍이 형성된 적층체; 상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 상부 및 하부에 적층되며 제2관통구멍이 형성된 제1 및 제2 절연시트층; 상기 적층체와 제1 및 제2 절연시트층의 제1 및 제2 관통구멍에 삽입되는 메탈 자심; 및 각각 상기 적층체의 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 외부전극을 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 제1관통구멍이 형성된 적층체; 상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 일측면에 적층되는 메탈 자성시트; 상기 적층체의 타측면에 적층되며 제2관통구멍이 형성된 절연시트층; 상기 적층체와 절연시트층의 제1 및 제2 관통구멍에 삽입되는 메탈 자심; 및 각각 상기 적층체의 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 외부전극을 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 제1관통구멍이 형성된 적층체를 준비하는 단계; 상기 적층체의 제1관통구멍에 메탈 자심을 삽입하는 단계; B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 준비한 후, 상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 상부 및 하부에 B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 적층하고, 가압 성형하는 단계; 상기 가압 성형된 성형체를 경화시키는 단계; 및 상기 경화된 성형체에 상기 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 한쌍의 외부전극을 형성하는 단계를 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 제1관통구멍이 형성된 적층체를 준비하는 단계; 상기 적층체의 제1관통구멍에 메탈 자성 분말을 주성분으로 하는 자심 페이스트를 충진하는 단계; B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 준비한 후, 상기 적층체의 상부 및 하부에 B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 적층하고, 가압 성형하는 단계; 상기 가압 성형된 성형체를 경화시키는 단계; 및 상기 경화된 성형체에 상기 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 한쌍의 외부전극을 형성하는 단계를 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 전류 인가에 따른 인덕턴스 값의 변화가 작은 권선형 파워 인덕터의 장점은 살리고, 소형화가 어려운 단점은 적층형 파워 인덕터의 구조를 채용함에 따라 해결하였다.
즉, 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴은 적층형에 의해 구현되는 적층체 구조를 이용하고, 밀도가 높은 메탈 자심을 적층체의 중앙부에 매입하여 하이브리드 형태로 패키징함에 따라 투자율과 인덕턴스 값을 높여서 인덕턴스 L값을 높일 수 있어 대전류 인가 및 스위칭(Switching) 주파수가 높아지는 환경하에서도 우수한 DC 중첩 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에서는 입자 사이즈가 서로 다른 적어도 2종류의 연자성 금속 분말을 혼합하여 충진률을 높인 상태에서 가압 성형한 메탈 파우더 코어(MPC: Metal Powder Core)를 적용함에 의해 메탈 자심의 밀도를 높여서 투자율과 Q값이 높은 메탈 자심을 제조할 수 있으며, 이러한 고투자율의 메탈 자심을 이용하여 회로 적층체와 조합하여 인덕터를 구성함에 따라 우수한 DC 중첩 특성을 나타낼 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 종전의 적층형 파워 인덕터 제조설비를 그대로 활용할 수 있는 구조와 제조공정을 채용하여 신규 제조설비의 투자를 최소화하면서도 구조가 간단하고 소형화, 낮은 두께 및 원가경쟁력 확보에 유리하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드형 파워 인덕터의 제조공정을 나타내는 공정 흐름도,
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 제2 내지 제4실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터의 다양한 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드형 파워 인덕터의 제조공정을 나타내는 공정 흐름도,
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 제2 내지 제4실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터의 다양한 변형예를 나타내는 단면도이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한다.
첨부된 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터를 나타내는 단면도, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드형 파워 인덕터의 제조공정을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터(100)는 중앙부에 관통구멍(16)이 형성된 적층체(10), 상기 적층체(10)의 관통구멍에 매입되는 메탈 자심(30), 상기 메탈 자심(30)을 포함하여 적층체(10)의 상부 및 하부를 둘러싸도록 적층되는 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24), 및 상기 적층체(10)와 메탈 자성시트(22,24)의 좌/우 측면에 결합된 외부전극(42,44)을 포함한다.
상기 적층체(10)는 다수의 절연시트(12)의 일측면 상부에 형성된 적어도 2 종류의 다수의 도전패턴(14)이 조합되어 전체적으로 내부에 인덕터 코일이 구현된 구조를 갖는다. 즉, 적층체(10)는 각각 절연시트(12)의 상부면에 도전패턴(14)이 형성된 다수의 절연시트(12)를 적층하여 압착 소결된다.
인덕터 코일(즉, 내부전극 패턴)을 형성하기 위한 도전패턴(14)은 예를 들어, 'ㄷ'자형, 반원형의 1/2턴, 3/4턴 또는 1턴 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 어느 한 층의 도전패턴(14)이 반원형의 1/2턴으로 이루어진 경우, 인접한 다른 층에는 상기 도전패턴과 반대방향으로 형성된 도전패턴이 형성된 절연시트(12)가 적층된다. 또한, 적층된 다수의 절연시트(12)는 다수의 도전패턴(14)을 상호 연결하기 위한 도전성 스루홀을 도전패턴(14)의 각 단부에 형성되어 있다.
상기 도전패턴(14)은 인덕터 코일의 형태에 따라 스파이럴 형상을 이루거나 다른 형상의 코일 패턴으로 이루어진다. 상기 도전패턴(14)은 Ag, Sn, Ni, Pt, Au, Cu, 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하며, 이 중에서 Ag이 가장 바람직하다.
다수의 절연시트(12) 중에서 제일 상부에 위치하는 최상부 절연시트(12)에는 좌/우 측면에 결합된 외부전극(42,44) 중 하나와 연결되는 제1인출패턴이 형성되고, 제일 하부에 위치하는 최하부 절연시트(12)에는 좌/우 측면에 결합된 외부전극(42,44) 중 다른 하나와 연결되는 제2인출패턴이 형성된다.
상기 다수의 절연시트(12)는 각각 NiZn 또는 MnZn이나 NiZnCu 등의 소결된 페라이트(ferrite) 분말과 결합제(binder)가 혼합되어 형성되는 페라이트 시트, 저온소성 세라믹 시트(LTCC) 및 기타 세라믹 시트와 같은 유전체 시트를 사용할 수 있다.
상기 다수의 절연시트(12)를 형성하는 페라이트 시트는 조성을 달리하여 비자성체에 가까운 비자성체 페라이트 시트로서 세라믹과 같이 투자율이 낮은 재료로 제조 가능하다.
이 경우, 상기 다수의 절연시트 각각은 테이프 형상으로 이루어진 것을 사용하여 배치 프로세스에 의해 다수의 칩을 동시에 형성하는 것이 바람직하다. 이에 대하여는 후술하는 상세한 제조공정에서 자세하게 설명한다.
상기 적층체(10)는 다수의 도전패턴(14)의 중앙부에 관통구멍(16)이 형성되어 있으며, 상기 관통구멍(16)에는 관통구멍(16)의 형상에 대응하는 메탈 자심(30)이 삽입되어 있다.
상기 메탈 자심(30)은 Fe-Si-Cr 합금, Mo-퍼멀로이, 퍼멀로이, Fe-Si-Al 합금, Fe-Si 합금, 비정질 금속 중 어느 하나로 이루어진 고투자율의 연자성 금속 분말을 이형제, 결합제와 함께 혼합하여 혼합 분말을 준비한 후, 이를 몰드를 이용하여 압축 성형하고, 경화시켜서 얻어진다.
상기 메탈 자심(30)은 성형체의 밀도를 증가시켜서 투자율과 Q값을 높여서 손실 안정화를 위해 적어도 2종류 이상의 입도분포를 가지고 있는 이종 또는 1종의 분말을 혼합하여 사용한다. 즉, 30um와 5um의 사이즈를 갖는 분말을 중량비로 5:5 내지 9:1의 범위로 혼합된 것을 사용하며, 바람직하게는 7:3의 비율로 혼합된 것을 사용하는 것이 밀도를 최적화할 수 있다.
상기한 바와 같이, 메탈 자심(30)은 고투자율의 연자성 금속 분말을 압축 성형 방법으로 제작되어 높은 전류밀도에서도 자성의 성질을 유지하고 코어 손실을 최대한 낮춘 메탈 파우더 코어(MPC: Metal Powder Core)를 적용함에 따라 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24) 보다 높은 밀도로 제작되어 높은 투자율을 가질 수 있다.
상기 메탈 자심(30)은 적층체(10)의 관통구멍(16) 형상에 대응하는 형상으로 이루어지며, 단면 형상이 사각형, 타원형, 원형, 다각형 등으로 이루어질 수 있으며, 가능한 큰 사이즈로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 메탈 자심(30)은 대량 생산시에 생산성 향상을 위해 적층체(10)에 형성된 관통구멍(16)에 자심 페이스트를 충진한 후, 후속 공정에서 경화시킴에 의해 형성되는 것도 가능하다.
이 경우, 상기 자심 페이스트는 상기 연자성 금속 분말 85 내지 92중량%에 결합제인 에폭시와 경화제를 3 내지 6중량%, 용제인 솔벤트를 5 내지 9중량% 혼합하여 구성될 수 있다. 혼합된 자심 페이스트는 예를 들어, 3롤 밀링(Roll Milling)을 사용하여 균일하게 분산시키며, 페이스트의 점도는 약 190,000 정도인 것이 바람직하다.
상기 메탈 자심(30)을 포함하여 적층체(10)의 상부 및 하부를 둘러싸도록 적층되는 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24)는 적층체(10) 내부에 매입된 인덕터 코일로부터 발생되는 자속이 외부로 누설되는 것을 차단하는 역할을 하며, 연자성 금속 분말에 결합제, 경화제 및 경화촉진제 등을 혼합하여 제작된다.
또한, 시트의 내열성과 강도 등의 물성을 높이기 위해 결합제로서 Cresol Novolac형 에폭시 또는 할로겐 프리 에폭시를 사용할 수 있으며, 시트의 가요성(flexibility)을 높이기 위해 러버 계열이나 폴리우레탄 또는 변성 러버 에폭시를 소정량 적용할 수 있다.
상기 메탈 자성시트(22,24)에 사용되는 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Al 합금(Sendust), 규소강, 철 분말 등을 사용할 수 있으며, 슬러리화된 자성 슬러리를 닥터 블레이드(Doctor Blade) 공법을 이용하여 캐스팅(casting)을 진행하고 건조하여 B-스테이지 상태의 자성시트를 테이프 형상으로 제작한다. 그 후, 테이프형 자성시트를 원하는 두께로 다수층 적층하여 바(bar) 형태로 제작하여 사용한다.
테이프형 자성시트는 배치 프로세스에 의해 다수의 칩을 동시에 형성할 때 바람직하다.
상기 적층체(10)와 메탈 자성시트(22,24)의 좌/우 측면에는 외부전극(42,44)이 결합되며, 외부전극(42,44)은 전도성 페이스트를 이용한 도전층(42a,44a)과 도금층(42b,44b)이 적층된 구조를 사용할 수 있다.
외부전극(42,44)의 도전층(42a,44a)은 각각 적층체(10) 내부의 최상부 절연시트(12)와 최하부 절연시트(12)로부터 인출된 입력 및 출력 인출패턴과 연결된다.
또한, 상기 외부전극(42,44)은 필요에 따라 Cu 등으로 이루어진 금속 캡을 적층체(10)와 메탈 자성시트(22,24)의 좌/우 측면에 결합시켜서 구현하는 것도 가능하다.
한편, 도 1에 도시된 제1실시예에서는 메탈 자심(30)이 원봉형으로 이루어져 있고, 상기 메탈 자심(30)을 포함하여 적층체(10)의 상부 및 하부를 둘러싸도록 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24)가 적층되어 있어, 메탈 자심(30)과 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24)는 모두 연자성 금속 재질, 즉 자성재료로 이루어지며, 전체적으로 H자 형상을 이루고 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 코일 형성부는 적층형에 의해 구현되는 적층체 구조를 이용하고, 코어 밀도가 높은 메탈 자심(30)을 적층체(10)의 중앙부에 매입하여 하이브리드 형태로 패키징함에 따라 투자율과 인덕턴스 값을 높여서 인덕턴스 L값을 높일 수 있어 대전류 인가 및 스위칭(Switching) 주파수가 높아지는 환경하에서도 우수한 DC 중첩 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에서는 입자 사이즈가 서로 다른 적어도 2종류의 연자성 금속 분말을 혼합하여 충진률을 높인 상태에서 가압 성형함에 의해 메탈 자심(30)의 밀도를 높여서 투자율과 Q값이 높은 메탈 자심을 제조할 수 있으며, 이러한 고투자율의 메탈 자심을 이용하여 회로 적층체와 조합하여 인덕터를 구성함에 따라 우수한 DC 중첩 특성을 나타낼 수 있다.
더욱이, 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24)는 메탈 자심(30)과 함께 인덕터 코일을 형성하는 도전패턴(14)이 매입된 적층체(10)의 상부 및 하부를 둘러싸도록 적층되어 있어, 적층체(10) 내부에 매입된 인덕터 코일로부터 발생되는 자속이 외부로 누설되는 것을 차단하게 된다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 제2 내지 제4실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터의 다양한 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 3a를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터(100a)는 중앙부에 원통형 관통구멍이 형성된 적층체(10), 상기 적층체(10)의 관통구멍에 매입되는 원봉형 메탈 자심(30a), 및 상기 적층체(10)의 좌/우 측면에 결합된 외부전극(42,44)을 포함한다.
도 3a에 도시된 제2실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터(100a)는 제1실시예와 비교하여 상기 메탈 자심(30a)을 포함하여 적층체(10)의 상부 및 하부를 둘러싸도록 적층되는 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24)가 생략되고, 그 대신 예를 들어, 도전패턴(14)이 형성되지 않은 페라이트 시트로 이루어지는 다수의 절연시트(12a)와 다수의 절연시트(12b)가 적층된 구조이다.
도 3b를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터(100b)는 중앙부에 원통형 관통구멍이 형성된 적층체(10), 상기 적층체(10)의 관통구멍에 매입되는 원통형 메탈 자심(30), 상기 메탈 자심(30)을 포함하여 적층체(10)의 상부를 둘러싸도록 적층되는 상부 메탈 자성시트(22), 및 상기 적층체(10)와 메탈 자성시트(22)의 좌/우 측면에 결합된 외부전극(42,44)을 포함한다.
도 3b에 도시된 제3실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터(100b)는 제1실시예와 비교하여 상기 메탈 자심(30b)을 포함하여 적층체(10)의 하부를 둘러싸도록 적층되는 하부 메탈 자성시트(22)가 생략되고, 그 대신 예를 들어, 도전패턴(14)이 형성되지 않은 페라이트 시트로 이루어지는 다수의 절연시트(12b)가 적층된 구조이다.
도 3b에 도시된 제3실시예의 파워 인덕터(100b)는 원통형의 자심(30b)과 판형상의 상부 메탈 자성시트(22)가 모두 연자성 금속 재질, 즉 자성재료로 이루어지며, 전체적으로 T자 형상을 이루고 있다.
도 3c를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드형 파워 인덕터(100c)는 다수의 절연시트(12)와 도전패턴(14)이 적층된 적층체(10), 상기 적층체(10)의 상부 및 하부를 둘러싸도록 적층되는 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24), 및 상기 적층체(10)와 메탈 자성시트(22,24)의 좌/우 측면에 결합된 외부전극(42,44)을 포함한다.
도 3c에 도시된 본 발명의 제3실시예의 파워 인덕터(100c)는 제1실시예와 비교하여 상기 적층체(10)에 메탈 자심(30)이 삽입되지 않은 예이다.
상기한 본 발명에 따른 하이브리드형 파워 인덕터(100-100c)는 코일 형성부를 변형시킴에 의해 CMF(Common Mode Filter), LC 필터, 발룬(balun) 등의 복합 부품을 용이하게 구현할 수 있다.
이하에 도 2를 참고하여 상기한 본 발명에 따른 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법을 설명한다.
본 발명에 따른 하이브리드형 파워 인덕터의 제조공정은 각각 일측면 상부에 인덕터 코일 형성에 필요한 도전패턴이 형성되고 중앙부에 메탈 자심(30)이 삽입될 관통구멍(16)을 갖는 다수의 절연시트(12)를 적층하여 적층체(10)를 형성하는 단계; 상기 메탈 자심(30)을 관통구멍(16)에 삽입하거나 또는 자심 형성용 코어 페이스트를 스크린 프린팅하여 관통구멍(16)을 채우는 단계; 상기 메탈 자심(30)을 포함하여 적층체(10)의 상부 및 하부를 둘러싸도록 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24)를 적층하는 단계; 및 상기 적층체(10)와 메탈 자성시트(22,24)의 좌/우 측면에 외부전극(42,44)을 형성하는 단계를 포함한다.
(A) 적층체 형성단계
하기 실시예 설명에서는 절연시트로서 페라이트 시트를 사용하는 것을 예를 들어 설명한다.
먼저, NiZn 또는 MnZn 등의 소결된 페라이트(ferrite) 분말, 결합제(binder), 분산제(dispersant) 및 가소제(plasticizer)를 용제(solvent)와 함께 적정량을 섞어서 볼 밀(Ball Mill) 혼합함에 의해 슬러리를 준비한 후, 감압 교반을 실시하는 탈포(de-airing)공정을 거쳐서 닥터 블레이드(Doctor Blade) 공법으로 원하는 두께의 광폭 페라이트 시트(즉, 그린 시트)를 제조한다(S11). 이 경우, 결합제로는 PVB(Poly Vinyl Butyral)를 사용하고, 가소제로는 BBP(Butyl Benzyl Phthalate)을 사용하고, 용제(솔벤트)는 톨루엔과 알콜계의 혼합용액을 사용한다.
이어서, 제조된 광폭 페라이트 시트를 적층 공정에 적용하기 위하여 미리 설정된 선폭을 갖도록 슬리팅(Slitting) 공정을 진행하고, 바 컷팅(Bar Cutting) 기기를 이용하여 원하는 길이만큼 절단하여 180 x 180mm의 4각 페라이트 시트를 제조한다.
제조된 사각 페라이트 시트를 펀칭(Punching) 기기를 사용하여 후속 공정에서 각 적층되는 페라이트 시트(즉, 절연시트)의 도전패턴(14)을 상호 연결하기 위한 전도성 비어(Via) 형성용 구멍, 자심 삽입용 관통구멍(16), 적층되는 다수의 페라이트 시트를 정렬시키기 위한 얼라인(Align)용 구멍을 각각 펀칭하여(S12), 다수의 페라이트 시트를 준비한다. 이 경우, 메탈 자심(30)의 형상은 사각형, 타원형, 원형, 다각형 등으로 구성할 수 있으며, 최대한 큰 사이즈로 구성하는 것이 바람직하다.
그 후, 준비된 다수의 페라이트 시트에서 최상부 페라이트 시트와 최하부 페라이트 시트에는 전도성 페이스트 예를 들어, Ag 페이스트를 사용하여 각각 외부전극과 연결되는 입력 인출패턴과 출력 인출패턴을 프린팅하고, 최상부 페라이트 시트와 최하부 페라이트 시트 사이에 삽입되어 적층되는 다수의 페라이트 시트에는 인덕터 코일을 형성하는 데 필요한 적어도 2종류, 예를 들어, 제1형상을 갖는 제1도전패턴과 제2형상을 갖는 제2도전패턴을 교대로 프린팅 형성한다(S13).
이 경우, 입력 인출패턴과 출력 인출패턴, 제1도전패턴과 제2도전패턴은 전도성 비어(Via) 형성용 다수의 구멍에 형성된 다수의 전도성 비어를 통해 연결되어 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴을 구성한다. 또한, 상기 전도성 비어(Via) 형성용 구멍에도 전도성 페이스트를 충진한다.
이어서, 도전패턴이 프린팅된 다수의 페라이트 시트를 건조한 후, 건조된 다수의 페라이트 시트의 하부에 추가로 60um 정도를 하부 커버(Cover)로 적층 후에 원하는 층수만큼 수동 적층기를 이용하여 바(bar)형태로 적층을 진행한다. 최상부 시트의 경우 절단 마크가 인쇄된 상부 커버를 별도로 적층한다.
그 후, 적층 완료된 바(bar)를 ISO(등방성 정수압) 압착기에서 가압착하여 바의 밀도를 높인 후에 불필요한 얼라인(Align) 부위를 절단하고 본압착을 진행한다(S14).
본압착된 바형태의 적층시트를 세거(sagger)의 크기를 고려하여 50 x 50mm 정도로 절단을 진행한 후, 지르코니어 세거에 이형제를 깔고 적층시트를 올려놓는다. 이후 결합제(binder)를 제거하기 위한 번아웃(B/O)을 진행한다.
번아웃(B/O) 완료된 적층시트의 상단에 휨방지용 알루미나 플레이트(Alumina Plate)를 올려서 휨을 방지하면서 880 내지 920℃ 사이의 온도에서 소성(sintering)을 진행하여 적층체(10)를 준비한다(S15). 상기 소성온도는 내부전극패턴을 형성하는 전도성 페스트의 융점과 시트의 재료에 따라 변경될 수 있다.
(B) 자심 형성단계
메탈 자심(30)을 형성하기 위하여, 메탈 분말, 예를 들어, Fe-Si-Cr 합금으로 이루어지며 바람직하게는 30um와 5um 사이즈의 합금 분말을 칭량하여 중량비로 7:3의 분율로 혼합되도록 V-믹서에 투입한다. 이 경우, 이형제로 스테아릭 에시드(stearic acid)를 0.2중량% 넣고, 결합제로 페놀 에폭시 분말이나 폴리이미드 분말을 약 0.5중량% 투입한 후, 6시간 이상 믹싱하여 혼합분말을 준비한다.
그 후, 혼합분말을 분말 성형(Dry Pressing) 공법을 이용하여 예를 들어, 직경 0.8파이, 두께 0.6t 정도로 자심을 성형한다(S21). 이때의 두께는 상기 바형태의 적층시트의 두께와 동일하거나 약간 크게 할 수 있다. 또한, 성형된 메탈 자심에 결합제로 에폭시를 적용한 경우 경화(curing) 조건은 180℃, 2시간으로 설정한다(S22). 이 경우, 경화 촉진제를 사용하여 공정 조건을 최적화함에 의해 경화 온도를 조정할 수 있다.
한편, 칩 사이즈가 소형인 경우, 자심의 성형 및 삽입 공정에 어려움이 있는 경우 자심 페이스트를 자심 삽입용 관통구멍(16)에 스크린 프린팅 방법으로 채우고 후속공정에서 경화시킴에 의해 메탈 자심을 형성하는 것도 가능하다.
이에 사용되는 자심 페이스트는 상기 메탈 자심(30)을 형성하는데 사용된 메탈 분말, 즉, Fe-Si-Cr 합금 분말 85 내지 92중량%, 결합제(에폭시) 및 경화제 약 3 내지 6중량%, 용제(solvent) 5 내지 9중량%를 섞어서 3롤 밀링(3Roll Milling)으로 고르게 분산시켜서 준비한다. 이 경우, 자심 페이스트의 점도는 약 190,000 정도인 것이 바람직하다.
(C) 상부 및 하부 메탈 자성시트 형성단계
메탈 재질의 자성 분말(예를 들어, 샌더스트, 규소강, 철분말 등)을 용제(에탄올(EtOH), MEK, 톨루엔)와, 결합제(열경화성 수지)와 경화제, 경화촉진제를 넣고 볼밀(Ball Mill) 혼합을 실시한다. 상기 열경화성 수지의 경우 하나 이상을 사용할 수 있으며 본 발명에 있어서는 KDP-550MC65 및 YD 128을 혼용하여 사용하였다.
결합제로서 시트의 내열성 및 강도 등의 물성을 위해서 Cresol Novolac 혹은 할로겐 프리 에폭시를 적용할 수 있으며 시트의 가요성(flexibility)을 높이기 위해 러버 계열이나 폴리우레탄 또는 변성 러버 에폭시를 소정량 적용할 수 있다.
상기 볼밀(Ball Mill)에 ZrO2볼을 넣고 용제로 톨루엔(Tolune)/MEK(Methyl Ethyl Ketone)/에틸셀로솔브(Ethyl Cellosolve)를 적정히 혼합하고, 커플링제로 KBM-903을 0.3중량% 정도 넣고 분산제를 소량 첨가 후에 15HR 정도 혼합하여 자성 슬러리를 준비한다.
이어서 슬러리화된 자성 슬러리를 닥터 블레이드(Doctor Blade) 공법을 이용하여 캐스팅(Casting)을 진행하고, 110℃ 정도에서 용제(Solvent)를 건조하여 B-Stage 상태의 에폭시(Epoxy) 메탈 자성시트를 테이프 형상으로 제작한다(S31).
그 후, 테이프형 메탈 자성시트를 Roll 적층기를 이용하여 ISO(등방성 정수압) 압착하여 원하는 두께로 다수층 적층하여 바(bar) 형태로 제작한다(S32).
(D) 메탈 자심 조립, 상부 및 하부 메탈 자성시트 적층단계
제작 완료된 적층체(10)를 1층의 자성 시트의 일면에 적층하여 가압 압착한 후, 진공용 지그에 장착하고 성형된 메탈 자심(30)을 적층체(10)의 관통구멍(16)에 삽입한다(S16).
또한, 소형 칩인 경우 자심 형성용 자심 페이스트를 스크린 프린팅 방법을 사용하여 관통구멍(16)에 채울 수 있으며, 이때 스크린 프린팅 속도와 자심 페이스트의 점도는 적절하게 조절하여야 한다. 스크린 프린팅이 이루어진 경우, 약 2시간 정도 건조를 통하여 내부의 용제를 날린다.
그 후, 상기 메탈 자심(30)이 삽입된 적층체(10)의 상부 및 하부에 커버로 제작된 상부 및 하부 메탈 자성시트(22,24)를 적층한 후, ISO 압착을 진행한다. 상기 ISO 압착을 진행하는 경우, 바형태의 적층체(10)의 편평도(flatness)를 위해 스틸 플레이트(Steel Plate)를 대고 진행하는 것이 바람직하다. 바형태로 제작된 적층체의 밀도를 향상시키기 위해 적층체에 대응하는 크기로 제작된 4각 금형을 이용하여 고압 압착(Press)을 진행한다(S17). 이때, 압력은 약 0.5-8ton/cm2정도는 되어야 한다. 상기 가압력은 분말의 형태 및 결합제의 함량에 따라서 차이가 있을 수 있다.
가압 성형되어 바(Bar)형태로 적층된 적층체는 그 후, 경화용 오븐(Oven)에서 경화를 진행한다(S18).
이어서, 50 x 50mm 크기로 경화 완료된 바형 성형체(소체)를 원하는 크기에 따라 마킹을 확인 후, 개별 칩으로 분리하기 위한 소잉(Sawing) 공정을 진행한다(S19).
그 후, 소잉이 완료된 칩에 실리콘 함침을 실시하고, 칩의 양단부에 전도성 페이스트, 예를 들어, Ag와 에폭시를 포함하는 페이스트를 사용하여 Ag 에폭시 터미네이션(Epoxy Termination)을 진행하여 도전층(42a,44a)을 형성한다. 이어서, 터미네이션 완료 후, 도전층(42a,44a) 부분에 Ni 및 Sn 도금을 진행하여 도금층(42b,44b)을 적층함에 의해 외부전극(42,44)을 형성한다(S20).
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 종전의 적층형 파워 인덕터 제조설비를 그대로 활용하여 신규 제조설비의 투자를 최소화하면서 칩 생산라인의 대량 생산 능력을 그대로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 메탈 자심을 구비한 하이브리드형 파워 인덕터를 권선설비를 사용하지 않고 적층 공정을 이용하여 인덕터 코일을 형성하고 메탈 자심을 내장함에 따라 우수한 DC 중첩 특성을 가지면서도 제품의 박형화가 가능하고, 대량 생산이 용이한 제조공정을 채택함에 따라 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 밀도가 높은 메탈 자심을 내부전극이 내장된 적층체의 중앙부에 매입하여 하이브리드 형태로 패키징함에 따라 투자율과 인덕턴스 값을 높여서 대전류 인가 및 스위칭(Switching) 주파수가 높아지는 환경하에서도 우수한 DC 중첩 특성을 나타내는 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법에 적용될 수 있다.
10: 적층체 12-12b: 절연시트
14: 도전패턴 22,24: 메탈 자성시트
30-30b: 메탈 자심 42,44: 외부전극
42a,44a: 도전층 42b,44b: 도금층
100-100c : 파워 인덕터
14: 도전패턴 22,24: 메탈 자성시트
30-30b: 메탈 자심 42,44: 외부전극
42a,44a: 도전층 42b,44b: 도금층
100-100c : 파워 인덕터
Claims (23)
- 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 관통구멍이 형성된 적층체;
상기 적층체의 관통구멍에 삽입되는 메탈 자심;
상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 상부 및 하부에 적층되는 상부 및 하부 메탈 자성시트; 및
각각 상기 적층체의 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 외부전극을 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터. - 제1항에 있어서, 상기 적층체는
중앙부에 관통구멍이 형성되며 적층이 이루어지는 다수의 절연시트; 및
상기 다수의 절연시트 각각의 일측면에 형성되며 서로 연결되어 인덕터 코일을 형성하며, 양단부가 외부전극과 연결되는 내부전극패턴을 포함하며,
상기 다수의 절연시트 각각은 페라이트 시트, 저온소성 세라믹 시트(LTCC) 및 유전체 시트 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터. - 제1항에 있어서,
상기 메탈 자심은 고투자율의 연자성 금속 분말을 이형제, 결합제와 함께 압축 성형하여 얻어지며,
상기 연자성 분말은 성형체의 밀도를 증가시키도록 적어도 2종류의 사이즈가 다른 분말을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터. - 제3항에 있어서, 상기 연자성 분말은 30um와 5um의 사이즈를 갖는 분말을 중량비로 5:5 내지 9:1의 범위로 혼합된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터.
- 제1항에 있어서, 상기 메탈 자심은 상기 관통구멍에 자심 페이스트를 충진한 후, 경화에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터.
- 제5항에 있어서,
상기 자심 페이스트는 연자성 금속 분말 85 내지 92중량%, 결합제와 경화제를 3 내지 6중량%, 용제 5 내지 9중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터. - 제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 메탈 자성시트는 연자성 금속 분말에 결합제, 경화제 및 경화촉진제를 포함하며,
상기 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Al 합금(Sendust), 규소강, 철 분말 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터. - 제1항에 있어서,
상기 메탈 자심과 상부 및 하부 메탈 자성시트는 인덕터 코일로부터 발생되는 자속이 외부로 누설되는 것을 차단하도록 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴을 내부 및 외부에서 둘러싸는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터. - 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 제1관통구멍이 형성된 적층체;
상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 상부 및 하부에 적층되며 제2관통구멍이 형성된 제1 및 제2 절연시트층;
상기 적층체와 제1 및 제2 절연시트층의 제1 및 제2 관통구멍에 삽입되는 메탈 자심; 및
각각 상기 적층체의 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 외부전극을 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터. - 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 제1관통구멍이 형성된 적층체;
상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 일측면에 적층되는 메탈 자성시트;
상기 적층체의 타측면에 적층되며 제2관통구멍이 형성된 절연시트층;
상기 적층체와 절연시트층의 제1 및 제2 관통구멍에 삽입되는 메탈 자심; 및
각각 상기 적층체의 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 외부전극을 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터. - 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 제1관통구멍이 형성된 적층체를 준비하는 단계;
상기 적층체의 제1관통구멍에 메탈 자심을 삽입하는 단계;
B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 준비한 후, 상기 메탈 자심이 결합된 적층체의 상부 및 하부에 B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 적층하고, 가압 성형하는 단계;
상기 가압 성형된 성형체를 경화시키는 단계; 및
상기 경화된 성형체에 상기 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 한쌍의 외부전극을 형성하는 단계를 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 내부에 인덕터 코일을 형성하는 내부전극패턴이 내장되고 중앙부에 제1관통구멍이 형성된 적층체를 준비하는 단계;
상기 적층체의 제1관통구멍에 메탈 자성 분말을 주성분으로 하는 자심 페이스트를 충진하는 단계;
B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 준비한 후, 상기 적층체의 상부 및 하부에 B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 적층하고, 가압 성형하는 단계;
상기 가압 성형된 성형체를 경화시키는 단계; 및
상기 경화된 성형체에 상기 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 한쌍의 외부전극을 형성하는 단계를 포함하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 적층체를 준비하는 단계는
각각 중앙부에 위치 설정된 제1관통구멍 및 도전패턴을 상호 연결하는데 필요한 제2관통구멍이 형성된 다수의 절연시트를 준비하는 단계;
상기 다수의 절연시트 각각의 일측면에 인덕터 코일을 형성하도록 다수의 도전패턴을 프린팅하는 단계;
각각 도전패턴이 프린팅된 다수의 절연시트를 적층하여 적층체를 형성하는 단계;
상기 적층체를 ISO(등방성 정수압) 압착기에서 가압착하여 바의 밀도를 높인 후 본압착을 진행하는 단계; 및
상기 본압착된 적층체의 결합제를 제거한 후, 소성을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 다수의 절연시트 각각은 페라이트 시트, 저온소성 세라믹 시트(LTCC) 및 유전체 시트 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 다수의 도전패턴을 프린팅하는 단계는 상기 다수의 절연시트에서 최상부 시트와 최하부 시트에는 전도성 페이스트를 사용하여 각각 외부전극과 연결되는 입력 인출패턴과 출력 인출패턴을 프린팅하고, 최상부 시트와 최하부 시트 사이에 삽입되어 적층되는 다수의 시트에는 제1형상을 갖는 제1도전패턴과 제2형상을 갖는 제2도전패턴을 교대로 프린팅하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제13항에 있어서, 상기 적층체를 형성하는 단계는
상기 도전패턴이 프린팅된 다수의 절연시트를 건조하는 단계;
하부 커버의 상부에 상기 건조된 다수의 절연시트를 바(bar)형태로 적층하는 단계; 및
최상부에 절단 마크가 인쇄된 상부 커버를 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 소성을 진행하는 단계는
세거에 이형제를 깔고 상기 본압착된 적층체를 세팅한 후 번아웃을 진행하여 결합제를 제거하는 단계; 및
상기 번아웃된 적층체의 상부에 휨방지용 플레이트를 설치한 상태로 880 내지 920℃ 사이의 온도에서 소성을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 메탈 자심은 고투자율의 연자성 금속 분말을 이형제, 결합제와 함께 압축 성형하여 얻어지며,
상기 연자성 분말은 성형체의 밀도를 증가시키도록 적어도 2종류의 사이즈가 다른 분말을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제18항에 있어서,
상기 연자성 분말은 30um와 5um의 사이즈를 갖는 분말을 중량비로 5:5 내지 9:1의 범위로 혼합된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 자심 페이스트는 연자성 금속 분말 85 내지 92중량%, 결합제와 경화제를 3 내지 6중량%, 용제 5 내지 9중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 B-스테이지 상태의 상부 및 하부 메탈 자성시트를 준비하는 단계는
연자성 금속 분말, 용제, 결합제, 경화제 및 경화촉진제를 혼합하여 자성 슬러리를 준비하는 단계;
상기 자성 슬러리를 닥터 블레이드 방법으로 캐스팅하여 메탈 자성시트를 형성하는 단계; 및
상기 캐스팅된 메탈 자성시트로부터 용제를 제거하여 B-스테이지 상태의 메탈 자성시트를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 경화된 성형체에 상기 내부전극패턴의 양단부와 연결되는 한쌍의 외부전극을 형성하는 단계는
상기 경화된 성형체를 개별 칩으로 분리하는 단계;
상기 분리된 칩에 실리콘 함침을 실시하는 단계;
상기 칩의 양단부에 전도성 페이스트를 사용하여 도전층을 형성하는 단계; 및
상기 도전층에 Ni 및 Sn 도금을 진행하여 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 페라이트 시트는
소결된 페라이트 분말, 결합제, 분산제 및 가소제를 용제와 함께 섞어서 볼 밀(Ball Mill) 혼합하여 슬러리를 준비하는 단계;
상기 슬러리를 감압 교반에 의해 에어를 제거하는 탈포(de-airing) 단계; 및
상기 탈포된 슬러리를 닥터 블레이드 방법으로 캐스팅하여 광폭 페라이트 시트를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 페라이트 분말은 NiZn와 MnZn 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 파워 인덕터의 제조방법.
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| KR20130049505A KR20140131418A (ko) | 2013-05-02 | 2013-05-02 | 하이브리드형 파워 인덕터 및 그의 제조방법 |
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-
2013
- 2013-05-02 KR KR20130049505A patent/KR20140131418A/ko active Search and Examination
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment |