KR20150005499A - 인덕터 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인덕터에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터는 페라이트 소체, 페라이트 소체에 페라이트 소체의 두께 방향을 따라 적층되어 다층 구조를 갖는 내부 전극, 페라이트 소체를 덮어 페라이트 소체와 함께 소자 몸체를 구성하는 금속-유기물 소체, 그리고 내부 전극과 전기적으로 연결되도록 소자 몸체를 덮는 외부 전극을 포함한다.
Description
본 발명은 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인덕턴스 특성을 향상시킨 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
적층형 파워 인덕터는 주로 휴대 전자 기기 내 DC-DC 컨버터와 같은 전원 회로에 사용되며, 특히 재료적 및 구조적으로 인덕터의 자기 포화를 억제하는 특징이 있어, 고전류에 사용된다. 적층형 파워 인덕터는 권선형 파워 인덕터에 비해 전류 인가에 따른 인덕턴스의 변화가 큰 단점이 있으나, 소형화 및 박형화에 유리한 장점이 있어, 최근 전자 부품의 트렌드에 부응할 수 있다.
일반적인 적층형 파워 인덕터는 내부 전극이 인쇄된 자성체 시트들을 적층하여 소자 몸체를 형성한 후, 상기 소자 몸체 표면에 상기 내부 전극과 전기적으로 연결되는 외부 전극을 형성하여 제조하였다. 여기서, 상기 자성체 시트들은 페라이트 분말이 함유된 복합재로 제조된다. 또한, 선택적으로, 외부 전류에 대한 인덕턴스 변화를 줄이기 위해, 상기 소자 몸체에 갭층(gap layer)이 형성될 수 있다.
그러나, 상기와 같이, 적층형 파워 인덕터의 자성체 재료로서, 페라이트 분말을 사용하는 경우, 상기 페라이트 구성 원소의 자기 모멘트가 정해져 있어, 포화자화(Ms)를 증가시키는 것에 한계가 있으므로, 바이어스(bias) 개선을 위한 보다 높은 포화자화를 구현하기 어렵다. 또한, 상기 소자 몸체 내에 상대적으로 자성체 충진 밀도를 높이는 것이 투자율을 높여 인덕턴스 특성을 향상시킬 수 있으므로, 자성체 충진 밀도를 높이기 위한 인덕터 구조의 개선이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인덕턴스 특성을 향상시킬 수 있는 인덕터 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인덕터의 소자 몸체를 이루는 자성층의 전체 투자율을 높인 구조를 갖는 인덕터 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 인덕터는 페라이트 소체, 상기 페라이트 소체에 상기 페라이트 소체의 두께 방향을 따라 적층되어 다층 구조를 갖는 내부 전극, 상기 페라이트 소체를 덮어, 상기 페라이트 소체와 함께 소자 몸체를 구성하는 금속-유기물 소체, 그리고 상기 내부 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 소자 몸체를 덮는 외부 전극을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속-유기물 소체는 금속-유기물 복합재로 이루어지고, 상기 금속-유기물 복합재는 철(Fe), 철 베이스 합금(alloy), 그리고 Fe 베이스 비정질 중 어느 하나의 금속 및 수지(resin), 경화제, 그리고 실란 커플링제 중 적어도 어느 하나의 유기물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속-유기물 소체는 유기물로서 결정성 에폭시 수지를 포함하는 금속-유기물 복합재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 소자 몸체의 두께에 대한 상기 금속-유기물 소체의 두께의 비는 0.3 내지 0.7일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속-유기물 소체는 금속의 함량이 65wt% 내지 95wt%인 금속-유기물 복합재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 페라이트 소체는 페라이트 분말을 포함하고, 상기 페라이트-유기물 복합재는 페라이트 분말, 유기 바인더, 분산제, 그리고 가소제를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 페라이트 소체는 상기 내부 전극이 형성된 복수의 페라이트 시트들이 적층될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 페라이트 소체와 상기 금속-유기물 소체 사이에 갭층(gap layer)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터의 제조 방법은 표면에 내부 전극이 형성된 복수의 페라이트 시트들을 준비하는 단계, 상기 페라이트 시트들 각각에 형성된 내부 전극들이 하나의 다층 코일을 이루도록 상기 페라이트 시트들을 적층 및 압착시켜, 페라이트 소체를 제조하는 단계, 상기 페라이트 소체를 덮는 금속-유기물 소체를 형성하여 소자 몸체를 제조하는 단계, 그리고 상기 소자 몸체 표면에 상기 다층 코일과 전기적으로 연결된 외부 전극을 형성시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속-유기물 소체를 형성하는 단계는 철(Fe), 철 베이스 합금(alloy), 그리고 Fe 베이스 비정질 중 어느 하나의 금속 및 수지(resin), 경화제, 그리고 실란 커플링제 중 적어도 어느 하나의 유기물을 포함하는 금속-유기물 복합재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속-유기물 소체를 형성하는 단계는 결정성 에폭시 수지를 포함하는 금속-유기물 복합재를 준비하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속-유기물 소체를 형성하는 단계는 금속의 함량이 65wt% 내지 95wt%인 금속-유기물 복합재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속-유기물 소체를 형성하는 단계는 상기 소자 몸체의 두께에 대한 상기 금속-유기물 소체의 두께의 비가 0.3 내지 0.7이 되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 페라이트 시트들을 준비하는 단계는 페라이트 분말, 유기 바인더, 분산제, 그리고 가소제를 포함하는 페라이트-유기물 복합재를 제조하는 단계 및 상기 페라이트-유기물 복합재를 필름 캐스팅(film casting)하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 페라이트 소체와 상기 금속-유기물 소체 사이에 갭층(gap layer)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터는 내부 전극이 형성되는 부분에는 페라이트 자성체 분말을 함유하는 페라이트 소체로 소체를 구성하고, 나머지 부분은 페라이트 분말에 비해 높은 포화자화값을 갖는 금속을 자성체 분말을 함유하는 금속-유기물 복합재로 소체를 구성함으로써, 소자 몸체 전체를 페라이트 분말로 하는 경우에 비해, 투자율을 높여 인덕턴스 특성을 향상시킨 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터는 소자 몸체의 두께에 대한 금속-유기물 소체의 상대적인 두께를 최적의 범위로 조절하여, 인덕턴스 특성을 비롯한 칩 특성을 향상시킬 수 있는 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터의 제조 방법은 내부 전극이 위치되는 부분에는 페라이트 자성체 분말을 함유하는 페라이트 소체로 소체를 구성하고, 나머지 부분에는 페라이트 분말에 비해 높은 포화자화값을 갖는 금속을 자성체 분말을 함유하는 금속-유기물 복합재로 소체를 구성하여, 소자 몸체 전체를 페라이트 분말로 하는 경우에 비해, 투자율을 높여 인덕턴스 특성을 향상시킨 구조를 갖는 인덕터를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터의 제조 방법은 코어층을 이루는 페라이트 소체 부분을 적층 공법을 이용하여 제조하고, 나머지 금속-유기물 소체 부분을 금형 공법을 이용하여 제조함으로써, 파워 인덕터의 소형화된 소자 몸체를 대량 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 변형예를 보여주는 도면이다.
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.
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.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인덕터 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 적층형 파워 인덕터로서, 페라이트 소체(110), 금속-유기물 소체(130), 그리고 외부 전극(140)을 포함할 수 있다.
상기 페라이트 소체(110)는 상기 인덕터(100)의 대체로 내부 중앙에 배치되어, 상기 인덕터(100)의 코어층을 이룰 수 있다. 상기 페라이트 소체(110)는 시트 적층물(113) 및 상기 시트 적층물(113)에 구비된 내부 전극(115)을 구비할 수 있다. 상기 시트 적층물(113)은 상기 내부 전극(115)의 형성을 위한 도전 패턴(도3의114)이 형성된 복수의 페라이트 시트들(도3a의112)을 적층 및 압착시켜 형성된 결과물일 수 있다.
한편, 상기 시트 적층물(113)은 페라이트-유기물 복합재로 제조될 수 있다. 상기 페라이트-유기물 복합재는 페라이트 분말, 유기 바인더, 분산제, 그리고 가소제를 함유한 재료가 사용될 수 있다.
상기 내부 전극(115)은 상기 시트 적층물(113)의 적층방향을 따라 적층 높이를 갖는 다층 코일 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 전극(115)은 상기 시트 적층물(113)의 일면에 형성된 제1 전극(115a)과 상기 시트 적층물(113)의 타면에 형성된 제2 전극(115b)을 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극들(115a, 115b)은 상기 내부 전극(115)을 상기 외부 전극(140)에 전기적으로 연결시키기 위해 제공되는 것으로서, 상기 페라이트 소체(110)의 외부에 노출되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 전극들(115a, 115b)은 상기 페라이트 소체(110)와 상기 금속-유기물 소체(130)의 경계면에 배치될 수 있다.
상기 금속-유기물 소체(130)는 상기 페라이트 소체(110)의 양면을 일정 두께로 덮을 수 있다. 상기 페라이트 소체(110)의 양면을 덮는 상기 금속-유기물 소체(130)의 두께는 각각 대체로 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속-유기물 소체(130)는 상기 페라이트 소체(110)와 함께, 대체로 육면체 형상을 갖는 상기 인덕터(100)의 소자 몸체(120)를 구성할 수 있다.
또한, 상기 금속-유기물 소체(130)의 제조를 위한 금속-유기물 복합재의 금속 자성체 분말은 철(Fe) 베이스 계 금속이 바람직할 수 있다. 일반적인 하소반응 공정을 통해 스피넬(spinel)상으로 합성되는 페라이트 분말에 비해, Fe금속의 포화자화값은 대략 218(emu/g)으로 거의 3배에 가깝다. 하기 표 1을 참조하면, 상기 금속-유기물 복합재로서 Fe을 99wt% 이상으로 함유하는 경우, 포화자화값을 192(emu/g) 이상으로 확보할 수 있는 것으로 확인되나, 이 경우 상기 금속-유기물 복합재의 가공성이 떨어지고, 전기적 특성 확보가 않되는 문제점이 있을 수 있다. 따라서, Fe을 베이스로 하는 다양한 형태의 합금 등을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 상기 금속 자성체 분말로서 합금의 경우, Fe 함량이 대략 50wt% 이상이어야 포화자화값(Ms)을 150(emu/g) 이상으로 확보할 수 있는 것으로 확인되었다. 표1에 표시하지는 않았으나, 상기 Fe 함량이 대략 50wt% 미만인 경우, 포화자화값(Ms)이 100(emu/g) 이하로 낮아지는 것으로 확인되었다.
| No | 금속 자성체 종류 | 포화자화 값(Ms) |
| 1 | Fe(99wt% 이상) | 192(emu/g) |
| 2 | Fe-(3~10wt%) Si계 | 172(emu/g) |
| 3 | Fe-Si-Al 샌더스트 계열 | 115(emu/g) |
| 4 | Fe-Ni 계열(Fe 50wt% 이상) | 150(emu/g) |
| 5 | Fe-Si-Cr 계열 | 180(emu/g) |
| 6 | Fe-Si-B-Cr 비정질 계열 | 145(emu/g) |
상기 외부 전극(140)은 상기 소자 몸체(120)를 외부 전자 기기(미도시됨)에 실장시키기 위한 접속 단자로 사용될 수 있다. 이를 위해, 상기 외부 전극(140)은 상기 소자 몸체(120)의 표면에 형성될 수 있다. 상기 외부 전극(140)은 상기 소자 몸체(120)의 일단부에서 상기 제1 전극(115a)과 전기적으로 연결되는 부분과 상기 소자 몸체(120)의 타단부에서 상기 제2 전극(115b)과 전기적으로 연결되는 부분으로 구성될 수 있다.
한편, 파워 인덕터의 주요 특성은 1MHz에서의 초기 인덕턴스(Ls) 및 직류전류 인가에 따라 인덕턴스가 초기값의 30% 감소하는 지점의 직류전류(Isat) 등이 있다. 이러한 두 개의 특성값들은 동일한 칩 설계에서 서로 반비례하는 경향을 보인다. 따라서, 상기 Ls값과 Isat값을 곱한 값으로, 인덕터 내부에서의 자속 에너지 사용 효율을 나타내는 지표로 사용될 수 있다. 즉, 특정 부위에 자속이 몰려 인덕터의 특성값을 저하시키는 나타내는 지표로서, Ls x Isat값을 사용할 수 있다.
또한, 상기와 같은 인덕터(100)의 소자 몸체(120)의 두께(이하, '제1 두께'라 함:T1)에 대한 금속-유기물 소체(130)의 두께(이하, '제2 두께'라 함:T2)의 두께를 조절하여, 인덕터의 특성을 향상시킬 수 있다. 하기 표 2는 상기 제1 두께(T1)에 대한 상기 제2 두께(T2)의 비율에 따른 Ls, Isat, Ls x Isat값을 나타낸 표이다. 상기 제1 두께(T1)에 대한 상기 제2 두께(T2)의 비가 0.2 이하인 경우, Ls는 증가하지만, Isat가 크게 감소하는 것을 확인하였다. 이에 반해, 상기 제1 두께(T1)에 대한 상기 제2 두께(T2)의 비가 0.8 이상인 경우, Ls가 크게 감소하고, 이와 함께 Isat도 감소하는 것을 확인하였다. 파워 인덕터의 Ls x Isat값의 대략적인 평균값이 1.6 이상이 것을 고려하면, 상기 제1 두께(T1)에 대한 상기 제2 두께(T2)의 비는 0.3 내지 0.7인 것이 바람직할 수 있다.
| No | T1(mm) | T2/T1 | Ls(μH)(on 1MHz) | Isat(A) | Ls x Isat |
| 1 | 1.0 | 0.2 | 2.30 | 0.17 | 0.39 |
| 2 | 1.0 | 0.3 | 1.91 | 1.66 | 1.66 |
| 3 | 1.0 | 0.4 | 1.57 | 2.04 | 2.04 |
| 4 | 1.0 | 0.5 | 1.21 | 2.35 | 2.35 |
| 5 | 1.0 | 0.6 | 1.08 | 2.27 | 2.27 |
| 6 | 1.0 | 0.7 | 0.96 | 2.11 | 2.11 |
| 7 | 1.0 | 0.8 | 0.72 | 1.42 | 1.42 |
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 내부 전극(115)을 갖는 페라이트 소체(110)와 상기 페라이트 소체(110)를 덮으면서 금속 자성체 분말을 함유하며 상기 페라이트 소체(110)와 함께 소자 몸체(120)를 구성하는 금속-유기물 소체(130)를 구비할 수 있다. 이 경우, 일반적인 페라이트 분말에 비해 상대적으로 높은 포화자화값을 갖는 금속을 자성체 분말로 사용한 금속-유기물 소체(130)를 소자 몸체(120)로 하여, 투자율을 크게 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 인덕터는 내부 전극이 형성되는 부분에는 페라이트 자성체 분말을 함유하는 페라이트 소체로 소체를 구성하고, 나머지 부분은 페라이트 분말에 비해 높은 포화자화값을 갖는 금속을 자성체 분말을 함유하는 금속-유기물 복합재로 소체를 구성함으로써, 소자 몸체 전체를 페라이트 분말로 하는 경우에 비해, 투자율을 높여 인덕턴스 특성을 향상시킨 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 코어층인 페라이트 소체(110)와 상기 페라이트 소체(110)를 덮는 금속-유기물 소체(130)로 구성된 소자 몸체(120)를 구성하되, 상기 소자 몸체(120)의 두께(T1)에 대한 상기 금속-유기물 소체(130)의 두께(T2)를 0.3 내지 0.7로 조절하여, 인덕터의 특성을 기준 스펙을 만족하도록 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 인덕터는 소자 몸체의 두께에 대한 금속-유기물 소체의 상대적인 두께를 최적의 범위로 조절하여, 인덕턴스 특성을 비롯한 칩 특성을 향상시킬 수 있는 구조를 가질 수 있다.
계속해서, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 살펴본 인덕터(100)에 대해 중복되는 내용은 생략하거나 간소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 제조 방법을 보여주는 순서도이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 페라이트 시트(112)를 준비할 수 있다(S110). 상기 페라이트 시트(112)를 준비하는 단계는 페라이트-유기물 복합재를 준비하는 단계 및 상기 페라이트-유기물 복합재를 필름 캐스팅(film casting)하여 시트화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 페라이트-유기물 복합재는 페라이트 분말, 유기 바인더, 분산제, 그리고 가소제 등을 유기 용매에 잘 혼합하여 제조된 슬러리(slurry)가 사용될 수 있다. 상기 유기 바인더로는 폴리비닐 부틸레이트(PVB) 또는 아크릴 계열의 물질이 사용될 수 있다.
상기 페라이트 시트(112) 상에 도전 패턴(114)을 형성하여, 자성 시트(111)를 제조할 수 있다(S120). 상기 도전 패턴(114)을 형성하는 단계는 상기 페라이트 시트(112)에 대해 비아홀(via hole)을 형성하는 단계 및 상기 페라이트 시트(112)에 대해 도전성 페이스트를 인쇄하는 공정을 수행하여 이루어질 수 있다. 상기 도전성 페이스트로는 구리(Cu), 은(Ag), 그리고 니켈(Ni) 등을 함유하는 금속 페이스트가 사용될 수 있다. 이러한 자성 시트(111)의 공정을 반복하여, 복수의 자성 시트들(111)을 제조할 수 있다.
도 2 및 도 3b를 참조하면, 자성 시트들(111)을 적층 및 압착하여 페라이트 소체(110)를 제조할 수 있다(S130). 상기 페라이트 소체(110)를 제조하는 단계는 상기 자성 시트들(111)을 적층시켜 시트 적층물(113)을 제조한 후, 상기 시트 시트 적층물(113)을 압착하여 이루어질 수 있다. 이때, 상기 시트 적층물(113)을 제조하는 단계는 제조된 최종 시트 적층물(113)의 외부 표면에 도전 패턴(114)이 노출되도록, 상기 자성 시트들(111)을 적층시킬 수 있다. 즉, 상기 시트 적층물(113)이 상기 페라이트 소체(110)의 일면 상에 배치되는 제1 내부 전극(115a) 및 상기 페라이트 소체(110)의 타면 상에 배치되는 제2 내부 전극(115b)을 갖도록, 상기 자성 시트들(111)을 정렬한 후 적층시킬 수 있다.
상기와 같은 공정을 통해, 상기 자성 시트들(111)의 적층 방향을 따라 상기 도전 패턴들(114)이 적층되어, 다층 코일 구조를 갖는 내부 전극(115)이 상기 시트 적층물(113)에 제조될 수 있다.
도 2 및 도 3c를 참조하면, 페라이트 소체(110)에 대해 금속-유기물 복합재를 이용한 성형 공정을 수행하여 소자 몸체(120)를 제조할 수 있다(S140). 상기 소자 몸체(120)는 몰딩 성형 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 소자 몸체(120)는 상기 금속-유기물 복합재를 준비하고, 준비된 금속-유기물 복합재를 소정의 금형(미도시됨)에 채운 후, 상기 금형 내에 상기 페라이트 소체(110)를 위치시킨 후 가압하여, 상기 금형에 맞게 상기 금속-유기물 복합재가 성형됨으로써, 제조될 수 있다.
한편, 상기 금속-유기물 복합재를 준비하는 단계는 철(Fe), 철 베이스 합금(alloy), 그리고 Fe 베이스 비정질 중 어느 하나의 금속 분말을 수지(resin), 경화제, 그리고 실란 커플링제 중 적어도 어느 하나의 유기물과 혼합하여 이루어질 수 있다. 상기 수지로는 결정성 에폭시 수지가 바람직할 수 있다. 상기 결정성 에폭시 수지는 접합성이 우수하고, 유리전이온도(Tg)가 대략 100℃ 이상이며, 녹는점이 대략 100℃ 이하로 낮기 때문에, 상기 철 베이스계 금속과 강한 결합력을 확보할 수 있다. 이는 결정성 에폭시가 갖는 상대적으로 강한 접합력으로 인해 낮은 열팽창 계수 특성을 확보할 수 있기 때문일 수 있다. 하기 표1과 같이, 결정성의 에폭시 수지를 사용하는 경우, 비정질의 에폭시 수지를 사용하는 경우에 비해, 열팽창 계수를 대략 20.0(㎛/m℃) 미만으로 낮출 수 있는 것으로 확인되었다. 따라서, 상기 수지로서 결정성 에폭시 수지를 사용하는 경우, 제조된 인덕터에 가해지는 솔더 크랙(solder crack) 등과 같은 충격에 대해, 강한 저항력을 확보할 수 있다.
| No | 에폭시 종류 | 열팽창계수(CTE) |
| 1 | 결정성 BPF 에폭시 | 16.9(㎛/m℃) |
| 2 | 결정서 BP 에폭시 | 17.5(㎛/m℃) |
| 3 | 비정질 OCN 에폭시 | 23.2(㎛/m℃) |
| 4 | 비정질 변성 에폭시-1 | 27.5(㎛/m℃) |
| 5 | 비정질 변성 에폭시-2 | 28.3(㎛/m℃) |
또한, 상기 금속-유기물 복합재를 준비하는 단계는 상기 금속의 함량이 상기 복합재(20)에 대해 대략 65wt% 내지 95wt%으로 조절되도록 함유되는 것이 바람직할 수 있다. 하기 표2를 참조하면, 상기 금속의 함량이 상기 금속-유기물 복합재에 대해 대략 65wt% 미만인 경우, 투자율이 크게 낮아져 원하는 인덕턴스를 확보할 수 없다. 이에 반해, 상기 금속의 함량이 상기 금속-유기물 복합재에 대해 대략 95wt%를 초과하는 경우, 상기 금속-유기물 복합재의 절연성이 확보되지 않아 상기 금속-유기물 복합재 내 상기 금속들 간의 국부적인 전류 경로(current path)가 발생되어, 와전류 손실이 증가하여 인덕터 특성을 확보할 수 없다.
| No | 금속 함량(wt%) | 유기물 함량(wt%) | 투자율(permeability) | 기타 |
| 1 | 95% 초과 | 5 미만 | 40 이상 | 통전 문제 발생 |
| 2 | 85 ~ 95 | 5 ~ 15 | 30 ~ 40 | |
| 3 | 70 ~ 85 | 15 ~ 30 | 15 ~ 30 | |
| 4 | 65 ~ 70 | 30 ~ 35 | 5 ~ 15 | |
| 5 | 65 미만 | 35 이상 | 5 이하 |
도 2 및 도 3d를 참조하면, 소자 몸체(120)에 대해 외부 전극(140)을 형성할 수 있다(S150). 상기 외부 전극(140)을 형성하는 단계는 상기 결과물에 대해 도금 공정 및 디핑(dipping) 공정 등을 이용하여, 상기 결과물의 양단부에 상기 소자 몸체(120)에 내부 전극(115)과 전기적으로 연결되는 금속층을 형성하여 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 제조 방법은 페라이트 자성체 분말을 함유하는 복합재로 내부 전극(115)이 위치되는 소자 몸체(120)의 페라이트 소체(110)를 제조한 후, 상대적으로 높은 포화자화값을 갖는 금속 자성체 분말을 함유하는 복합재로 상기 소자 몸체(120)의 나머지 부분인 금속-유기물 소체(130)를 제조할 수 있다. 이 경우, 일반적인 페라이트 분말에 비해 상대적으로 높은 포화자화값을 갖는 금속을 자성체 분말로 사용한 금속-유기물 복합재로 소자 몸체의 대부분을 구성할 수 있어, 투자율을 크게 향상된 구조의 인덕터를 제조할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 인덕터의 제조 방법은 내부 전극이 위치되는 부분에는 페라이트 자성체 분말을 함유하는 페라이트 소체로 소체를 구성하고, 나머지 부분에는 페라이트 분말에 비해 높은 포화자화값을 갖는 금속을 자성체 분말을 함유하는 금속-유기물 복합재로 소체를 구성하여, 소자 몸체 전체를 페라이트 분말로 하는 경우에 비해, 투자율을 높여 인덕턴스 특성을 향상시킨 구조를 갖는 인덕터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 제조 방법은 페라이트 소체(110)는 시트 적층 공법을 이용하여 제조하고, 금속-유기물 소체(130)는 몰딩 공법을 이용하여 제조할 수 있다. 이 경우, 적층 공법과 몰딩 공법의 복합 공정으로서 소자 몸체를 제조하게 되어, 소형 인덕터 제조를 위한 소자 몸체의 대량 생산이 가능할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 인덕터의 제조 방법은 코어층을 이루는 페라이트 소체 부분을 적층 공법을 이용하여 제조하고, 나머지 금속-유기물 소체 부분을 금형 공법을 이용하여 제조함으로써, 파워 인덕터의 소형화된 소자 몸체를 대량 생산할 수 있다.
이하, 앞서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 변형예에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 인덕터(100)와 중복되는 내용은 생략하거나 간소화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 변형예를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 변형예에 따른 인덕터(100a)는 페라이트 소체(110)와 상기 페라이트 소체(110)의 양면을 덮는 금속-유기물 소체(130)로 구성된 소자 몸체(120), 상기 소자 몸체(120)의 양단부에 형성되어 내부 전극(115)과 전기적으로 연결되는 외부 전극(140), 그리고 상기 페라이트 소체(110)와 상기 금속-유기물 소체(130) 사이에 개재된 갭층(150)을 포함할 수 있다.
상기 갭층(150)은 상기 소자 몸체(120) 내부에서 상기 소자 몸체(120)의 길이 방향을 따라 상기 페라이트 소체(110)의 시트 적층물(113)을 구성하는 자성 시트와 평행하는 방향으로 배치될 수 있다. 상기 갭층(150)은 상기 페라이트 소체(110)와 상기 금속-유기물 소체(130)를 구획시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 갭층(150)에 의해 구획된 영역들 각각에 발생되는 자기장은 상기 갭층(150)에 의해 차단되어, 상기 영역들 간에는 자기장의 흐름이 최소화될 수 있다.
상기 갭층(150)의 재료는 ZnCu ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하며, 이에 소결성 확보를 위해 CuO를 첨가하거나 Fe의 함량을 조절할 수 있다. 즉, 상기 갭층(150)은 그 기능 측면에서는 상기 갭층(150)의 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 첨가할 수 있다.
일반적인 Fe 금속 분말은 포화자화값이 매우 높으나, 그 투자율은 적층형 파워 인덕터에서 요구되는 투자율에 비해 낮으므로, 동일한 인덕턴스 구현을 위해서는 내부 전극의 턴(turn) 수가 증가되어야 하고, 이것은 직류전류에 대한 R값의 상승을 초래할 수 있다. 이러한 상반되는 Fe 금속 분말의 특징을 적절히 조절하기 위해, 상기 갭층(150)은 상대적으로 높은 포화자화값을 갖는 금속-유기물 소체(130)에 자속이 몰려 빨리 자기포화가 되는 부분에 구비되어, DC-Bias 특성을 개선하도록 할 수 있다. 즉, 상기와 같은 갭층(130)은 시트 적층물(113) 상에 노출되는 내부 전극(115)의 부분(115a, 115b)과 금속-유기물 소체(130) 사이에 제공되어, 상기 내부 전극(115)과 금속 자성체 분말과 간의 전기적인 쇼트(short)를 방지하고, 자속의 흐름이 끊어져 인덕턴스는 다소 낮아질 수 있지만, DC-Bias 특성은 개선시킬 수 있다.
| 구분 | 소자 몸체 두께 | Ls(μH)(on 1MHz) | Isat(A) | Ls x Isat |
| 변형예 | 1.0 | 0.72 | 3.10 | 2.23 |
| 실시예 | 1.0 | 0.95 | 2.20 | 2.09 |
| 종래 기술 | 1.0 | 1.86 | 0.90 | 1.67 |
상기 표 5는 종래 기술과 비교하여, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 특성을 보여주는 표이다. 표 5를 참조하면, 앞서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100) 및 그 변형예에 따른 인덕터(100a)들은 종래의 페라이트 시트들의 적층 구조를 갖는 인덕터에 비해, 초기 인덕턴스값(Ls)이 상대적으로 낮은 것으로 확인되었지만, Isat 값이 상대적으로 높아, 결과적으로 Ls x Isat 값은 높은 것으로 확인되었다. 특히, 갭층(150)을 갖는 상기 인덕터(100a)가 가장 Ls x Isat값이 높아, 칩 내부에서 자속 에너지가 가장 효율적으로 사용되는 구조라는 것을 확인하였다.
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 : 인덕터
110 : 페라이트 소체
111 : 자성 시트
112 : 페라이트 시트
113 : 시트 적층물
114 : 도전 패턴
115 : 내부 전극
120 : 소자 몸체
130 : 금속-유기물 소체
140 : 외부 전극
150 : 갭층
110 : 페라이트 소체
111 : 자성 시트
112 : 페라이트 시트
113 : 시트 적층물
114 : 도전 패턴
115 : 내부 전극
120 : 소자 몸체
130 : 금속-유기물 소체
140 : 외부 전극
150 : 갭층
Claims (11)
- 페라이트 소체;
상기 페라이트 소체에 상기 페라이트 소체의 두께 방향을 따라 적층되어 다층 구조를 갖는 내부 전극;
상기 페라이트 소체를 덮어, 상기 페라이트 소체와 함께 소자 몸체를 구성하는 금속-유기물 소체; 및
상기 내부 전극과 전기적으로 연결되도록, 상기 소자 몸체를 덮는 외부 전극을 포함하되,
상기 다층 구조의 내부 전극의 최상층과 최하층 중 어느 하나 이상은 상기 페라이트 소체와 상기 금속-유기물 소체의 사이에 형성되고,
상기 페라이트 소체와 상기 금속-유기물 소체 사이에 형성된 내부 전극의 일면은 상기 페라이트 소체에 접하도록 형성되고, 타면은 상기 금속-유기물 소체에 접하도록 형성되는 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-유기물 소체는 금속-유기물 복합재로 이루어지고,
상기 금속-유기물 복합재는:
철(Fe), 철 베이스 합금(alloy), 그리고 Fe 베이스 비정질 중 어느 하나의 금속; 및
수지(resin), 경화제, 그리고 실란 커플링제 중 적어도 어느 하나의 유기물을 포함하는 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-유기물 소체는 유기물로서 결정성 에폭시 수지를 포함하는 금속-유기물 복합재로 이루어지는 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-유기물 소체는 금속의 함량이 65wt% 내지 95wt%인 금속-유기물 복합재로 이루어진 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 페라이트 소체는 상기 내부 전극이 형성된 복수의 페라이트 시트들이 적층된 인덕터. - 페라이트 소체;
상기 페라이트 소체에 상기 페라이트 소체의 두께 방향을 따라 적층되어 다층 구조를 갖는 내부 전극;
상기 페라이트 소체를 덮어, 상기 페라이트 소체와 함께 소자 몸체를 구성하는 금속-유기물 소체;
상기 페라이트 소체와 상기 금속-유기물 소체 사이에 형성된 갭층(gap layer); 및
상기 내부 전극과 전기적으로 연결되도록, 상기 소자 몸체를 덮는 외부 전극을 포함하되,
상기 다층 구조의 내부 전극의 최상층과 최하층 중 어느 하나 이상은 상기 페라이트 소체와 상기 갭층(gap layer) 사이에 형성되고,
상기 페라이트 소체와 상기 갭층(gap layer) 사이에 형성된 내부 전극의 일면은 상기 페라이트 소체에 접하도록 형성되고, 타면은 상기 갭층(gap layer)에 접하도록 형성되는 인덕터. - 제 6 항에 있어서,
상기 금속-유기물 소체는 금속-유기물 복합재로 이루어지고,
상기 금속-유기물 복합재는:
철(Fe), 철 베이스 합금(alloy), 그리고 Fe 베이스 비정질 중 어느 하나의 금속; 및
수지(resin), 경화제, 그리고 실란 커플링제 중 적어도 어느 하나의 유기물을 포함하는 인덕터. - 제 6 항에 있어서,
상기 금속-유기물 소체는 유기물로서 결정성 에폭시 수지를 포함하는 금속-유기물 복합재로 이루어지는 인덕터. - 제 6 항에 있어서,
상기 금속-유기물 소체는 유기물로서 결정성 에폭시 수지를 포함하는 금속-유기물 복합재로 이루어지는 인덕터. - 제 6 항에 있어서,
상기 페라이트 소체는 상기 내부 전극이 형성된 복수의 페라이트 시트들이 적층된 인덕터. - 제 6 항에 있어서,
상기 갭층(gap layer)은 ZnCu ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 포함하는 인덕터.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment |