KR20160095939A - 표면실장형 인덕터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

그린시트 적층체에 노출용 구멍을 형성하여 코어에 감긴 절연코일의 단부가 외부로 돌출되도록 하여 외부전극과 전기적으로 접촉하는 절연코일의 면적을 충분하게 확보하여 외부전극과 절연코일의 금속심재 간의 전기접촉저항을 감소시키고 전기접촉의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 표면실장형 인덕터의 제조방법이 개시된다.

Description

표면실장형 인덕터의 제조방법{METHOD FOR MAKING SMD TYPED INDUCTOR}

본 발명은 표면실장형 인덕터의 제조방법에 관한 것으로, 특히 외부로 노출되는 절연코일의 길이를 충분하게 확보하여 외부전극과 절연코일의 금속심재 간의 전기접촉저항을 감소시키고 전기접촉의 신뢰성을 향상시키는 기술에 관련한다.

세라믹 전자부품 중 인덕터는 저항 및 커패시터와 더불어 전자 회로를 이루는 중요한 수동 소자 중의 하나로써, 노이즈(noise)를 제거하거나 LC 공진 회로를 이루는 부품으로 사용된다.

이러한 인덕터는 구조에 따라 적층형, 코일 권선형 및 박막형 등 여러 가지로 분류할 수 있는데, 각각은 적용 범위뿐만 아니라 그 제조방법도 차이가 있다.

통상, 권선형(wire wound type) 인덕터는 적층형(multilayer type) 인덕터보다 정밀도가 좋고 높은 인덕턱스를 가지며 허용 전류를 크게 할 수 있다는 이점이 있는데, 예컨대 내부의 자성체 코어에 절연코일을 감고 외부의 자성체 자성체 본체에 매립한 다음 절연코일의 금속심선을 스폿 웰딩(spot welding) 등으로 자성체 본체의 외면에 형성된 외부전극에 부착하여 형성될 수 있다.

일 예로, 국내 특허 제1449518호에서는, 연자성 금속분말을 이용하여 시트화 한 후, 적층체의 개구에 소형의 내열성 코일을 삽입하는 구조를 적용한 파워 인덕터를 개시하고 있다.

그러나, 이 특허에 의하면, 적층체의 양측면에 양단부가 노출되는 코일이 외부전극과 접촉하는 면적이 작을 수밖에 없으며, 그 결과 전기접촉저항이 증가하고 전기접촉의 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 내부 절연코일의 금속심재와 외부전극 사이의 전기접촉저항을 줄이고 신뢰성 있는 전기접촉을 제공할 수 있는 표면실장형 인덕터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조공정이 간단하여 제조원가를 줄일 수 있고 소형화가 가능한 표면실장형 인덕터의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 그린시트의 하부 커버 위에 중앙에 수납용 구멍이 형성된 그린시트의 몸체와 그린시트의 상부커버를 순차 적층하는 단계; 상기 수납용 구멍을 중심으로 양측에 상기 적층체의 상면에서 하면에 이르는 노출용 구멍을 형성하는 단계; 상기 수납용 구멍에 절연코일이 감긴 코어를 삽입하여 상기 절연코일의 단부가 상기 노출용 구멍으로 돌출되도록 하는 단계; 상기 적층체를 열 압착으로 경화하여 자성체 본체를 형성하는 단계; 기설정된 절단선을 따라 상기 자성체 본체를 절단하는 단계; 및 상기 돌출된 절연코일의 단부의 금속심재와 전기적으로 연결되는 외부전극을 상기 자성체 본체의 측면에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 인덕터의 제조방법에 의해 달성된다.

상기한 구조에 의하면, 그린시트 적층체에 노출용 구멍을 형성하여 코어에 감긴 절연코일의 단부가 외부로 돌출되도록 하여 외부전극과 전기적으로 접촉하는 절연코일의 면적을 충분하게 확보함으로써 외부전극과 절연코일의 금속심재 간의 전기접촉저항을 감소시키고 전기접촉의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 절연코일의 금속심재와 외부전극의 전기접촉저항을 줄기고 신뢰성 있는 전기접촉을 갖는 표면실장형 인덕터를 경제적이고 효율적으로 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 표면실장형 인덕터를 보여주는 외관도이다.
도 2는 도 1의 2-2를 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 표면실장형 인덕터의 제조방법을 설명하는 플로차트이다.
도 4는 그린시트를 적층하는 방법을 보여준다.
도 5는 절단공정을 보여준다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 표면실장형 인덕터를 보여주는 외관도이고, 도 2는 도 1의 2-2를 따라 절단한 단면도이다.

도시된 것처럼, 표면실장형 인덕터는 파워 인덕터일 수 있으며, 자성체 코어(10), 코어(10)의 외면에 감긴 절연코일(20), 코어(10)와 절연코일(20)을 수용하는 자성체의 자성체 본체(30), 및 자성체 본체(30)의 대향하는 측면에 형성되어 각각 절연코일(20)과 전기적으로 연결되는 외부전극(40)으로 구성된다.

이하, 각 구성 부분에 대해 상세하게 설명한다.

<코어(10)>

코어(10)는 자성을 갖는 연자성 금속성형체로 구성되는데, 연자성 금속성형체는 가령 연자성을 갖는 금속 파우더를 분말 프레스한 후 열 경화하여 형성할 수 있다.

여기서, 연자성 금속성형체가 충분한 기계적 강도를 갖도록 연자성 금속파우더가 분말 프레스된 연자성 금속성형체는 대략 160℃에서 열 경화될 수 있다. 최종 형성된 연자성 금속성형체는 대략 10⁴ 내지 10⁹Ω을 갖는 반도전성이다.

여기서, 자성을 갖는 연자성 금속파우더는 통상 잘 알려진 자성 재료로, 예를 들면, 퍼멀로이계 금속 파우더, 아몰퍼스계 금속 파우더 또는 샌더스트 파우더 등이 있을 수 있다.

또한, 연자성 금속파우더는 솔더링 조건을 만족할 수 있는 내열성 폴리머 수지, 예를 들면 에폭시수지 또는 실리콘고무가 코팅되거나 함유할 수 있다.

후술하는 것처럼, 코어(10)는 미리 제작되어 코일(20)이 감기거나 감기지 않은 상태에서 그린시트 적층체인 몸체(32)에 형성된 수납부(35)에 끼워지거나, 액상의 내열 폴리머 수지에 연자성 금속파우더가 혼합된 액상 자성체 수지를 몸체(32)에 형성된 수납부(35)에 충진한 다음 가압 성형하여 형성할 수 있다.

<절연코일(20)>

절연코일(20)은 전기전도성인 금속심재(21)를 절연피복(22)으로 감싼 구조를 갖는 권선된 도선을 의미하며, 가령 솔더링 온도를 견딜 수 있는 내열성을 갖는 에나멜 선이 사용될 수 있다.

잘 알려진 것처럼, 에나멜 선은 내열성을 갖는 절연 폴리머 수지를 표면에 얇게 코팅한 절연 전선으로 절연 코팅층이 얇으면서도 절연성이 높고 화학약품에도 잘 변성되지 않는 특성을 갖는다. 이 실시 예에서는 절연코일(20)로 에나멜 선을 예로 들지만, 이에 한정되지 않는다.

도 2를 참조하면 절연코일(20)은 금속심재(21)와 금속심재(21)를 감싸는 절연피복(22)으로 구성되며, 절연코일(20)의 직경은 0.03㎜ 내지 0.3㎜ 정도일 수 있다.

전기통로의 역할을 하는 금속심재(21)의 재질은 잘 늘어나는, 다시 말해 연성이 좋고 전기전도성이 우수한 구리 또는 구리합금이 사용될 수 있다.

절연피복(22)은 금속심재(21)끼리 전기적 절연을 유지하는데 사용되므로 전기적 절연성은 물론이고 내열성을 구비하는데, 내열의 정도는 솔더링을 견딜 수 있는 온도이면 충분하다. 절연피복(22)으로는, 가령 폴리에스테르 수지나 폴리이미드 수지 등이 사용될 수 있다.

절연코일(20)의 양단은 각각 연자성체 자성체 본체(30)를 통과하여 외부로 돌출되어, 후술하는 것처럼, 금속심재(21)가 외부전극(40)에 전기적으로 연결된다.

자성체 본체(30)의 외부로 돌출되는 절연코일(20)는 외부의 물리적인 힘, 가령 후술하는 연마 또는 연삭에 의해 절연피복(22)이 제거되어 금속심재(21)가 노출되며, 그 결과 돌출된 절연코일(20)의 길이만큼 금속심재(21)가 노출됨으로써 궁극적으로 외부전극(40)과 접촉하는 금속심재(21)의 면적이 증가하게 된다.

이에 더하여 물리적인 힘에 의해 금속심재(21)가 꺾여 자성체 본체(30)에 밀착되거나, 금속심재(21)가 연신에 늘어나는 경우 표면적이 증가될 수 있다.

그 결과, 외부전극(40)은 더 넓은 면적에 걸쳐 신뢰성 있게 금속심재(121)와 전기적으로 접촉되므로 전기접촉저항이 감소하게 되고 신뢰성 있는 전기접촉을 제공할 수 있다.

<자성체 본체(30)>

자성체 본체(30)는 하부 커버(31)와 구멍 형상의 수납부(35)가 형성된 몸체(32)와 상부 커버(33)로 이루어진다.

커버(31, 33)와 몸체(32)는 모두 그린시트(green sheet)로 구성되며, 그린시트는 가령 액상 내열 폴리머 수지에 연자성 파우더를 혼합한 액상 자성체 수지를 캐스팅하여 형성할 수 있다.

몸체(32)는 일정한 두께를 갖도록 다수의 그린시트를 적층하여 형성하거나 두께가 두꺼운 단일의 그린시트를 사용하여 구성할 수 있으며, B-스테이지(stage) 상태의 그린시트를 사용할 수 있다.

몸체(32)의 중앙에는 코어(10)가 위치하는 구멍 형상의 수납부(35)가 형성되는데, 기계적 펀칭이나 레이저를 이용하여 형성할 수 있다.

수납부(35)에는, 가령 코어(10)를 구성할 액상 자성체 수지를 충진하거나, 절연 코팅된 연자성 금속 분말이 혼합된 절연 분말을 충진할 수 있다. 특히, 수납부(35)에 액상 자성체 수지를 충진하여 코어(10)를 구성하는 경우, 수납부(35)에 삽입된 코일(20) 사이의 틈새 또는 코일(20)과 수납부(35) 사이의 틈새를 꼼꼼하게 채울 수 있어 특성이 향상된다는 이점이 있다.

자성체 본체(30)의 외면에는 솔더링 온도를 견딜 수 있는 내열성을 갖는, 가령 폴리머 수지가 코팅되어 절연코팅층(34)이 형성될 수 있다.

이러한 구조에 의하면, 도 2와 같이, 절연코일(20)을 구성하는 절연피복이 찢어져 금속심재(21)가 외부로 노출되어 절연코일(20)의 내부를 흐르는 전류가 코어(10)와 자성체 본체(30)를 통하여 흐르더라도 절연코팅층(34)에 의해 자성체 본체(30)의 외면으로 전류가 누설되지 않는다.

그 결과, 후술하는 외부전극(40) 외면에 도금층을 형성하기 위해 전해도금을 수행할 때 도금이 자성체 본체(30)의 표면을 따라 번지는 것을 방지할 수 있고, 누설전류에 의해 인덕터의 특성이 열화하는 것을 방지할 수 있다.

절연코팅층(34)은 자성체 본체(30)의 외면 전체를 감싸도록 형성될 수 있으며, 자성체 본체(30)의 상면과 하면에 형성된 절연코팅층(34)의 두께는 자성체 본체(30)의 절연코일(20)이 돌출되는 측면의 절연코팅층(34)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 이는, 후술하는 것처럼, 절연코일(20)이 돌출되는 측면은 절연코일(20)의 절연피복(22)을 제거하기 위해 연마나 연삭 공정이 수행되며, 이 과정에서 절연코팅층(34)이 일부 제거되기 때문이다.

절연코팅층(34)에 사용되는 폴리머 수지로는, 에폭시 수지 또는 파릴렌 외에도 베타폴리비닐라이덴 플로라이드(β-polyvinylidene fluoride), 폴리이미드(polyimide) 등이 사용될 수 있다.

<외부전극(40)>

바람직하게, 외부전극(40)은 내부에 은 등의 금속 파우더가 에폭시 접착제에 혼합된 내열성을 갖는 전기전도성 에폭시 페이스트 접착제 위에 니켈 및 주석이 도금된 것으로 구성될 수 있다.

예들 들어, 자성체 본체(30)의 양 측면에 형성된 외부전극(40)의 최 외부층은 도금된 주석층일 수 있다.

외부전극(40)은 자성체 본체(30)의 양 측면에 전기전도성 에폭시 페이스트 접착제를 디핑에 의해 코팅한 후 250℃ 정도로 열 경화하여 자성체 본체(30)와 절연코일(20)의 금속심재(121)에 접착되어 금속심재(121)과 전기적으로 신뢰성 있게 연결된다.

여기서, 외부전극(40)과 금속심재(121)의 전기접촉저항은 작을수록 좋고, 외부전극(40)과 금속심재(121)는 충격이 가해져도 신뢰성 있게 전기적으로 연결되어야 한다. 즉, 전기접촉저항이 작고 신뢰성 있게 전기적으로 연결되도록 가능한 금속심재(121)의 많은 면적이 외부전극(40)과 접촉되어야 한다.

이와 같이, 자성체 본체(30)의 양 측면으로 각각 돌출된 절연코일(20)의 금속 심재(121)는 외부전극(40)을 구성하는 도전성 에폭시에 직접 전기적으로 접촉되기 때문에, 종래와 같은 스폿 웰딩 등 다른 연결수단 없이 도전성 에폭시의 경화에 의해 금속심재(121)와 도전성 에폭시가 전기적으로 연결되어 제조가 용이하여 제조원가가 싸다는 이점이 있다.

또한, 자성체 본체(30)의 양 측면으로 각각 돌출된 절연코일(20)의 금속심재(121)는 외부전극(40)에 의해 전부 덮이기 때문에, 외부에서 인덕터 완제품을 보았을 때 코어(10)와 절연코일(20)은 전혀 보이지 않고 자성체 본체(30)와 외부전극(40)만 보이며, 금속심재(121)는 전혀 돌출되지 않아 신뢰성이 좋다.

더욱이, 외부전극(40)이 자성체 본체(30)의 양 측면에 대칭되게 형성됨으로써, 외부전극(40)이 상면이나 하면의 양측에 형성된 경우와 비교하면, 리플로우 솔더링 시 상방향으로 납오름 현상이 더 잘 발생하기 때문에 솔더링 강도가 좋다.

이하, 본 발명에 의한 표면실장형 인덕터의 제조방법을 도 2 내지 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 표면실장형 인덕터의 제조방법을 설명하는 플로차트이고, 도 4는 그린시트를 적층하는 방법을 보여주며, 도 5는 절단공정을 보여준다.

먼저, 액상 자성체 수지로 형성된 다수의 그린시트를 적층하여 몸체(32)를 형성한다(단계 S31).

여기서, 적층되는 그린시트는 다수의 단위 인덕터(100)가 형성될 수 있는 면적을 갖으며, 후술하는 것처럼, 절단공정을 통하여 단위 인덕터(100)가 제작된다.

몸체(32)에서 정해진 위치에 기계적인 펀칭이나 레이저를 이용하여 수납부(35)를 구성할 수납용 구멍(36)을 형성한다(단계 S32).

다음, 몸체(32)를 그린시트의 하부 커버(31) 위에 적층하고 몸체(32) 위에 그린시트의 상부 커버(33)를 적층한 다음, 전체적으로 수납용 구멍(36)을 중심으로 양측에 대칭되도록 노출용 구멍(37)을 형성한다(단계 S33).

노출용 구멍(37)의 폭은 특별히 한정되지 않지만, 절연코일(20)의 단부를 수용할 수 있는 정도의 크기면 충분하고, 길이는 적어도 단위 인덕터(100)를 제작하기 위해 적층체를 절단하는 절단선(38)을 넘어서는 길이를 가질 수 있다.

이어, 상부 커버(33)를 들어낸 다음, 몸체(32)의 수납용 구멍(36)에 절연코일(20)이 감긴 코어(10)를 삽입하거나 절연코일(20)을 먼저 수납용 구멍(36)에 삽입한 다음 다시 그 안에 코어(10)를 삽입한다(단계 S34).

이와 달리, 각각의 수납용 구멍(36)에 절연코일(20)을 먼저 삽입하고, 코어(10)를 구성할 액상 자성체 수지나 절연 코팅된 연자성 금속 분말이 혼합된 절연 분말을 충진할 수 있다.

이 상태에서, 상부 커버(33)로 몸체(32)의 상면을 덮는다(단계 S35).

이후, 자성체 본체(30)를 구성할 그린시트 적층체를 열 압착하여 경화하면(단계 S36), 도 5(a)와 같이, 노출용 구멍(37)에 절연코일(20)의 단부가 돌출된 상태가 된다.

다음, 기설정된 절단선(38)을 따라 그린시트 적층체를 절단하면(단계 S37), 도 5(b)와 같은 자성체 본체(30)가 분리되며, 대향하는 양 측면으로 절연코일(20)의 단부가 일정한 길이로 돌출된다.

이후, 선택적으로 자성체 본체(30)의 외면에 내열 폴리머 수지를 도포하여 절연코팅층(34)을 형성할 수 있다.

다음, 자성체 본체(30)를 볼-밀(ball-mill)에 넣어 외면을 연마하거나 연삭 롤을 이용하여 연삭 처리한다(단계 S38).

이때, 절연코팅층(34)이 형성되지 않은 경우 자성체 본체(30)를 볼-밀(ball-mill)에 넣어 외면을 연마할 수 있고, 절연코팅층(34)이 형성된 경우 연삭 롤을 이용하여 자성체 본체(30)의 양 측면을 연삭 처리할 수 있다.

이 공정에서, 연마 또는 연삭에 의해 자성체 본체(30)로부터 돌출된 절연코일(20)의 피복(22)이 벗겨지면서 금속심재(121)가 돌출되고 연성 변형되어 꺾이거나 늘어나거나 또는 압착되어 표면적이 증가하게 된다.

그 결과, 도 2에 나타낸 것처럼, 돌출된 금속심재(121)가 꺾여 늘어나면서 납작해짐으로써 돌출된 금속심재(121)의 표면적이 증가하게 되며, 외부전극(40)과 접촉하는 금속심재(121)의 면적이 증가하게 됨으로써 전기접촉저항을 줄일 수 있고, 전기접촉의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 연마 또는 연삭에 의해 절연코일(20)의 단부는 꺾이면서 자성체 본체(30)에 밀착된다.

이어, 돌출된 금속심재(121)를 포함하는 측면에 내열 전기전도성 에폭시 수지를 디핑에 의해 도포하고 250℃ 정도로 열 경화하여 외부전극(40)을 형성한다(단계 S39).

외부전극(40) 위에는 솔더 크림에 의한 리플로우 솔더링이 용이하게 니켈이나 주석이 추가로 순차적으로 도금될 수 있다.

그 결과, 외부전극(40)은 돌출되어 노출되고 연성 변형된 금속심재(121)에 의해 더 넓은 면적에 걸쳐 신뢰성 있게 절연코일(20)과 전기적으로 접촉되므로 접촉 저항이 감소하게 된다.

상기와 같은 제조방법에 의하면, 자성체 본체로부터 절연코일을 충분한 길이로 돌출시킬 수 있어 절연코일의 금속심재가 외부전극과 더 넓은 면적에 걸쳐 신뢰성 있게 전기적으로 접촉되므로 전기접촉저항이 감소하게 되고 신뢰성 있는 전기접촉을 제공할 수 있다.

한편, 코어(10)는 에폭시수지 또는 실리콘고무가 도포된 연자성 금속파우더를 금형에 넣고 분말 프레스한 후 160℃ 정도로 열 경화하여 제조할 수 있다. 이때, 선택적으로, 코어(10)의 외면에 절연코팅층을 형성할 수 있는데, 가령 증착법을 이용하여 파릴렌을 증착할 수 있다. 즉, 코어(10)를 바렐 원통에 일정량을 넣고 증기상의 파릴렌을 바렐 내로 투입하면서 바렐을 회전시키면 코어(10)가 뒤섞이면서 골고루 코팅이 된다. 이 예와 달리 글래스의 경우에는 딥핑 방법을 이용하여 절연코팅층을 형성할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.

10: 코어
20: 절연코일
21, 121: 금속심재
22: 절연피복
30: 자성체 본체
31: 하부 커버
32: 몸체
33: 상부 커버
34: 절연코팅층
35: 수납부
36: 수납용 구멍
37: 노출용 구멍
38: 절단선
40: 외부전극

Claims (1)

1. 그린시트의 하부 커버 위에 중앙에 수납용 구멍이 형성된 그린시트의 몸체와 그린시트의 상부커버를 순차 적층하는 단계;
   상기 수납용 구멍을 중심으로 양측에 상기 적층체의 상면에서 하면에 이르는 노출용 구멍을 형성하는 단계;
   상기 수납용 구멍에 절연코일이 감긴 코어를 삽입하여 상기 절연코일의 단부가 상기 노출용 구멍으로 돌출되도록 하는 단계;
   상기 적층체를 열 압착으로 경화하여 자성체 본체를 형성하는 단계;
   기설정된 절단선을 따라 상기 자성체 본체를 절단하는 단계; 및
   상기 돌출된 절연코일의 단부의 금속심재와 전기적으로 연결되는 외부전극을 상기 자성체 본체의 측면에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 인덕터의 제조방법.
   

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