KR20160100017A

KR20160100017A - 인덕터 부품의 제조방법

Info

Publication number: KR20160100017A
Application number: KR1020150022439A
Authority: KR
Inventors: 문병철
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-23
Also published as: KR101659212B1

Abstract

본 개시는 세라믹 층 상에 도체 패턴을 형성하는 단계, 상기 세라믹 층을 복수 개 마련하여 적층하고 소성하여 소결 바디를 얻는 단계, 상기 소결 바디에서 상기 세라믹 층에 포함되었던 세라믹 재료를 적어도 일부 제거하여 코일 바디를 형성하는 단계 및 적어도 상기 코일 바디의 내측에 금속을 함유하는 복합 수지를 채워 인덕터 바디를 형성하는 단계를 포함하는 인덕터 부품의 제조방법에 관한 것이다.

Description

인덕터 부품의 제조방법{Method for manufacturing inductor device}

본 개시는 인덕터 부품의 제조방법에 관한 것이다.

인덕터는 저항 및 커패시터와 더불어 전자 회로를 이루는 중요한 수동 소자 중의 하나로서, 노이즈를 제거하거나 LC 공진 회로를 이루는 부품 등에 사용될 수 있다.

특히, 스마트 폰이나 태블릿 PC 등 휴대 기기의 고성능화에 따라 디스플레이 되는 화면이 커지면서 APU의 속도가 빨라지고, 듀얼 또는 쿼드 코어가 사용되는 등 전력 사용이 늘어남에 따라 DC-DC 컨버터(converter)용으로 사용되는 인덕터 또한 전류 허용치가 높은 것이 요구되고 있다.

이러한 인덕터의 전류 허용치를 늘리기 위해서는, 재료의 직류 중첩 특성을 높여 L값의 저하를 억제하면서도, 인덕터의 발열량을 낮춰서 온도 상승을 낮추는 것이 중요하다.

이때, 인덕터의 직류 저항의 감소는 DC-DC 컨버터의 효율에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라 온도 상승을 방지하는 작용을 하므로, 인덕터에 있어서 이러한 코일의 저항을 낮추는 것은 매우 중요한 부분이다.

한편, 인덕터는 구조에 따라 권선형, 박막형 및 적층형 인덕터 등 여러 가지로 분류할 수 있다.

이 중 권선형 또는 박막형 인덕터는 페라이트(ferrite) 또는 도전성 금속과 유기물을 복합한 복합 수지 코어에 코일을 감거나 인쇄를 하고 양단에 전극을 형성하여 제조될 수 있다.

그리고, 적층형 인덕터는 자성체 또는 유전체 등으로 이루어진 복수의 시트에 도체 패턴을 인쇄한 후 두께 방향을 따라 적층하여 코일을 제조할 수 있다.

기존의 페라이트를 포함하는 인덕터는 충분한 인덕터의 전류 허용치를 확보하지 못하고 있어, DC 바이어스(bias) 특성이 우수한 복합 수지를 포함하는 인덕터의 사용이 증가하고 있다.

상기 복합 수지를 포함하는 권선형 또는 박막형 인덕터는 우수한 DC 바이어스 특성을 확보할 수 있으나, 코일 형성시 일정 수준 이하로 원가를 낮추는 것이 어려워 투자비 및 가공비가 매우 높다.

상기 적층형 인덕터는 상기 권선형 또는 박막형 인덕터에 비해 코일의 제조 원가를 낮출 수 있으며 소형화 및 두께를 낮출 수 있는 장점이 있으나, 권선형 또는 박막형 인덕터와 동일한 DC 바이어스 특성을 확보하기 어려운 실정이다.

따라서, 코일의 제조 원가를 낮출 수 있으며, DC 바이어스 특성을 확보할 수 있는 인덕터 부품의 제조방법이 필요한 실정이다.

본 개시의 여러 목적 중 하나는 우수한 DC 바이어스 특성을 구현하면서도 효율적인 제조가 가능한 인덕터 부품의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품의 제조방법은 세라믹 층 상에 도체 패턴을 형성하는 단계; 상기 세라믹 층을 복수 개 마련하여 적층하고 소성하여 소결 바디를 얻는 단계; 상기 소결 바디에서 상기 세라믹 층에 포함되었던 세라믹 재료를 적어도 일부 제거하여 코일 바디를 형성하는 단계; 및 적어도 상기 코일 바디의 내측에 금속을 함유하는 복합 수지를 채워 인덕터 바디를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품의 제조방법은 적층 방법으로 형성된 코일 및 복합 수지를 포함하는 인덕터 바디를 제조함으로써, 인덕터 부품의 제조 원가를 낮추면서 DC 바이어스 특성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품의 개략적인 사시도를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품의 도체 패턴의 인쇄 형성을 나타낸 평면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 적층형 코일을 형성하기 위한 개략도를 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시 예들을 설명한다.

그러나, 본 개시의 실시 예는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타난 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 사용하여 설명한다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 인덕터 바디의 길이 방향으로 외부전극이 형성되는 면을 양 단면으로 설정하고, 이와 수직으로 교차되는 면을 양 측면으로 설정하고, 인덕터 바디의 두께 방향의 면을 상하면으로 정의하여 함께 설명하기로 한다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품(100)의 개략적인 사시도를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품(100)은 인덕터 바디(10), 도체 패턴을 병렬로 연결하여 형성된 코일(20) 및 인덕터 바디(10)의 양 단면에 형성된 외부전극(30)을 포함한다.

상기 인덕터 바디(10)는 금속을 함유하는 복합 수지를 포함할 수 있다.

상기 복합 수지는 에폭시 수지와 도전성 금속을 포함할 수 있다. 상기 도전성 금속은 은(Ag) 및 Cu(구리) 중 선택된 하나일 수 있다.

이때, 인덕터 바디(10)의 상부 및 하부 면 중 적어도 하나에 인덕터 바디(10) 내부에 코일을 보호하기 위하여 커버층이 형성될 수 있다.

상기 커버층은 상기 복합 수지를 포함하는 시트로 형성될 수 있다.

상기 코일(20)은 도전성 금속을 포함할 수 있다.

상기 코일(20)은 은(Ag) 또는 구리(Cu)를 포함하는 재료 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 코일(20)은 상기 인덕터 바디(10)의 양 단면을 통해 각각 인출되는 리드부를 포함할 수 있다.

상기 리드부는 상기 인덕터 바디(10)의 양 단면에 형성된 상기 외부전극(30)과 접촉되어 전기적으로 연결된다.

본 실시 예에서는 상기 리드부가 인덕터 바디(10)의 상하단에 배치된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 외부전극(30)은 전기 전도성이 우수한 도전성 금속 재료로 이루어질 수 있다.

상기 외부전극(30)은 은(Ag) 또는 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 재료 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 본 개시에 의한 인덕터 부품(100)의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2g는 본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.

본 일 실시 예에 따른 인덕터 부품의 제조방법은 세라믹 층(40) 상에 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)을 형성하는 단계, 상기 세라믹 층(40)을 적층하고 소성하여 소결 바디(45)를 얻는 단계, 상기 소결 바디(45)에서 상기 세라믹 층에 포함되었던 세라믹 재료(42)를 제거하여 코일 바디(20)를 형성하는 단계 및 상기 코일 바디(20)의 내부에 금속을 함유하는 복합 수지(70)를 채워 인덕터 바디(10)를 형성하는 단계를 포함한다.

도 2a를 참조하면, 세라믹 층(40) 상에 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)을 형성한다.

상기 세라믹 층(40)은 소결온도가 1100℃ 이상인 세라믹 재료를 포함할 수 있다.

상기 세라믹 층(40)은 알루미나(Al₂O₃)를 포함할 수 있다.

상기 세라믹 층(40)은 세라믹 재료와 유기물을 혼합 및 분산하여 세라믹 슬러리를 제조한 후 상기 세라믹 슬러리를 성형하여 제조될 수 있다.

상기 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)은 도전성 금속을 포함하는 도전성 페이스트를 인쇄하여 형성될 수 있다.

상기 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)은 세라믹 슬러리를 먼저 인쇄하여 세라믹 패턴을 형성한 이후에 도전성 페이스트를 인쇄하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 도체 패턴의 두께는 두껍게 형성될 수 있다.

상기 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)은 전기 전도성이 우수한 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들면 은(Ag) 또는 구리(Cu)와 같은 도전성 금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)이 형성된 세라믹 층(40)의 총 적층 수는 설계되는 인덕터 부품에서 요구하는 인덕턴스 값 등의 전기적 특성을 고려하여 다양하게 결정될 수 있다.

상기 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4) 중 적어도 2개는 인덕터 바디의 양 단면을 통해 각각 인출되는 리드부(미도시)를 가질 수 있다.

상기 리드부는 이후에 인덕터 바디의 양 단면에 형성되는 외부전극과 접촉되어 전기적으로 연결된다.

비아 전극(미도시)은 각각의 세라믹 층(20) 사이에서 서로 이격되게 배치될 수 있다.

상기 비아 전극은 상하로 배치된 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)을 병렬로 연결하며, 이로 인해 코일을 형성할 수 있다.

상기 비아 전극은 각각의 세라믹 층(40)에 관통 구멍(22-1, 22-2, 22-3)을 형성한 후, 이 관통 구멍(22-1, 22-2, 22-3)에 전기 전도성이 우수한 도전성 페이스트를 충전하여 형성될 수 있다.

상기 도전성 페이스트는 예를 들어 은(Ag), 은-팔라듐(Ag-Pd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2b를 참조하면, 상기 도체 패턴(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)이 형성된 세라믹 층을 복수 개 마련하여 적층하고 소성하여 소결 바디(45)를 얻는다. 이때, 소결 바디(45)는 바(bar) 형상일 수 있다.

상기 소결 바디(45)를 형성하는 단계는 상기 도체 패턴이 은(Ag)으로 이루어진 경우 일반 대기 소결로 진행될 수 있으며, 구리(Cu)로 이루어진 경우 환원 분위기에서 진행될 수 있다.

상기 소결 바디(45)를 얻는 단계에서, 소성 온도는 1000℃ 미만일 수 있다.

상기 소성 온도가 1000℃ 미만이면, 상기 도체 패턴은 소결될 수 있으나, 상기 세라믹 층은 소결 또는 결합하지 못할 수 있다. 즉, 상기 세라믹 층이 폭 및 길이 방향으로 수축하지 않으므로, 인덕터 크기의 정밀도가 확보될 수 있다.

구체적으로, 상기 세라믹 층이 소성 온도 1100℃ 이상인 세라믹 재료(42)를 포함하므로, 상기 소성 온도 1000℃에서는 세라믹 재료(42)가 소결되지 않은 소결 바디(45)를 얻을 수 있다.

상기 소결 바디(45)의 하면은 테이프(50)와 접착될 수 있다.

상기 테이프(50)는 일 면에 접착력이 있는 필름일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 테이프(50)는 접착력이 있는 면이 상기 소결 바디의 하면과 접착될 수 있다.

상기 테이프(50)는 이후 공정에서 코일(20)을 지지하기 위한 수단일 수 있다.

도 2c를 참조하면, 상기 소결 바디(45)에서 상기 세라믹 층에 포함되었던 세라믹 재료(42)를 적어도 일부 제거하여 코일 바디(20)를 형성한다.

상기 세라믹 재료(42)는 진동 및 세척에 의하여 적어도 일부 제거될 수 있다.

상기 소결 바디(45)에서 소결되지 않는 세라믹 재료(42)를 제거함으로써, 코일로 이루어진 코일 바디(20)를 분리할 수 있다. 상기 코일 바디(20)는 공심 코일 형상일 수 있다.

상기 분리된 코일 바디(20)에 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.

상기 절연층은 유기물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 절연층은 상기 코일 바디를 유기물 용액에 담그는 딥핑 또는 유기물 용액을 뿌리는 스프레이 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

상기 유기물은 폴리(파라-크실릴렌)(poly(p-xylylene)), 에폭시(epoxy) 수지, 폴리이미드(polyimid) 수지, 페녹시(phenoxy) 수지, 폴리설폰(polysulfone) 수지 및 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 1μm 미만의 미립 절연 필러(filler)와의 혼합물일 수 있다.

도 2d 내지 2f를 참조하면, 상기 코일 바디(20)의 내측에 금속을 함유하는 복합 수지(70)를 채워 인덕터 바디(10)를 형성한다.

상기 코일 바디(20)의 상부에 복합 수지(70)를 배치하고, 상기 복합 수지(70)를 상기 코일 바디(20)의 하면 방향으로 누름으로써, 상기 코일 바디(20)의 내측에 복합 수지(70)를 채울 수 있다.

상기 복합 수지(70)는 에폭시 수지 및 도전성 금속을 포함할 수 있다.

상기 코일 바디(20)의 내측에 복합 수지(70)를 채운 후에, 상기 테이프(50)는 제거될 수 있다.

상기 코일 바디(20)의 하면의 테이프(50)를 제거한 후, 테이프(50)를 제거한 상기 코일 바디(20) 하면에 복합 수지(70)를 눌러 인덕터 바디(10)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 인덕터 바디(10)는 상부 또는 하부에 커버층을 포함할 수 있다.

일반적으로 적층형 인덕터의 경우, 적층 방법으로 코일을 제조하므로 코일의 제조 원가 감소 및 고생산성을 확보할 수 있다. 그러나 적층형 인덕터는 금속을 함유하는 복합 수지를 포함하는 권선형 또는 박막형 인덕터에 비해 DC 바이어스 특성이 낮다.

본 개시의 일 실시 형태에 따른 인덕터 부품(100)는 코일(20)을 적층 방법으로 형성하여 코일의 제조 원가 감소 및 고생산성을 확보함과 동시에, 인덕터 바디(10)에 복합 수지(70)를 포함하여 인덕터의 DC 바이어스 특성을 확보할 수 있다.

이후, 상기 인덕터 바디(10)는 압착 및 진공 프레스 등의 공정에서 인덕터 바디(10)의 충진율이 최대가 될 수 있도록 압착 및 경화될 수 있다.

상기 바(bar)로 제조된 인덕터 바디의 경우, 칩의 단위로 절단되어 다수의 인덕터 바디(10)를 제조할 수 있다. 이로 인해, 인덕터의 제조 원가를 낮출 수 있으며, 높은 생산성을 확보할 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 인덕터 부품의 도체 패턴의 인쇄 형성을 나타낸 평면도를 도시한 것이다.

상기 도체 패턴(20)은 복수의 코일 패턴을 포함할 수 있다.

또한, 이후에 칩 단위의 인덕터 바디(10)를 얻기 위한 절단 공정에서의 절단 영역을 고려하여, 상기 도체 패턴(20)은 도체 패턴을 잡아주는 프레임(60)과 함께 인쇄되여 형성될 수 있다.

상기 프레임(60)은 복수 개의 코일 패턴이 연결된 형상으로 인쇄될 수 있다.

상기 프레임(60)은 상기 도체 패턴과 동일한 재료일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

복수의 코일 패턴이 연결된 코일 바디에서 프레임 및 일면에 노출된 리드부는 하면에 존재할 수 있으나, 타면에 노출된 리드부의 경우 허공에 떠 있게 된다.

이로 인해, 코일 바디 내에 복합 수지를 충진하는 과정에서 상기 허공에 떠 있는 리드부가 눌려 변형될 수 있다.

도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 적층형 코일을 형성하기 위한 개략도를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 상기 코일 바디(20)는 연결 패턴(25)을 포함할 수 있다.

상기 연결 패턴(25)은 상기 도체 패턴 인쇄시 함께 인쇄되어 형성될 수 있다.

상기 연결 패턴(25)은 리드부의 변형을 방지하는 역할을 할 수 있다.

상기 연결 패턴(25)은 상기 도체 패턴과 동일한 재료를 포함할 수 있다.

도 2g를 참조하면, 상기 인덕터 바디(10)의 양 단면에 외부전극(30)을 형성한다.

상기 외부전극(30)은 전기 전도성이 우수한 재료를 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어 은(Ag) 또는 구리(Cu)와 같은 도전성 재료 또는 이들의 합금을 포함하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 외부 전극(30)의 표면에 필요 시 니켈(Ni) 또는 주석(Sn)을 도금 처리하여 도금층을 더 형성할 수 있다.

상기 외부전극(30)은 통상적인 방법으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 후막 인쇄, 도포, 증착 및 스퍼터링 등의 방법 중 하나를 이용하여 형성할 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시는 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.

따라서, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 개시의 범위에 속한다고 할 것이다.

10: 인덕터 바디
20: 코일(코일 바디)
20-1, 20-2, 20-3, 20-4: 도체 패턴
22-1, 22-2, 22-3: 관통 구멍
25: 연결 패턴
30: 외부전극
40: 세라믹 층
42: 세라믹 부
45: 소결 바디
50: 테이프
60: 프레임
70: 복합 수지
100: 인덕터 부품

Claims

세라믹 층 상에 도체 패턴을 형성하는 단계;
상기 세라믹 층을 복수 개 마련하여 적층하고 소성하여 소결 바디를 얻는 단계;
상기 소결 바디에서 상기 세라믹 층에 포함되었던 세라믹 재료를 적어도 일부 제거하여 코일 바디를 형성하는 단계; 및
적어도 상기 코일 바디의 내측에 금속을 함유하는 복합 수지를 채워 인덕터 바디를 형성하는 단계;를 포함하는 인덕터 부품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 세라믹 재료는 알루미나인 인덕터 부품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 소결 바디를 형성하는 단계에서 소성 온도는 1000℃ 미만인 인덕터 부품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 세라믹 재료는 진동 및 세척에 의하여 제거되는 인덕터 부품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 복합 수지는 에폭시 수지 및 도전성 금속을 포함하는 인덕터 부품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 코일 바디를 형성하는 단계 이후에,
상기 코일 바디 상에 절연층을 형성하는 단계;를 포함하는 인덕터 부품의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 절연층은 딥핑 또는 스프레이 방법으로 형성되는 인덕터 부품의 제조방법.