KR20170097855A - 코일 전자부품 - Google Patents

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KR20170097855A
KR20170097855A KR1020160019467A KR20160019467A KR20170097855A KR 20170097855 A KR20170097855 A KR 20170097855A KR 1020160019467 A KR1020160019467 A KR 1020160019467A KR 20160019467 A KR20160019467 A KR 20160019467A KR 20170097855 A KR20170097855 A KR 20170097855A
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이동환
윤찬
안영규
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Abstract

본 발명의 일 실시형태는 코일부가 내부에 배치된 바디 및 상기 바디의 외주면에 배치되며, 상기 코일부와 접속된 외부전극을 포함하며, 상기 코일부는, 직선부와 곡선부를 가지며, 상기 직선부의 코일 폭은 상기 곡선부의 코일 폭보다 작은 코일 부품을 제공한다.

Description

코일 전자부품{Coil electronic component}
본 발명은 코일 전자부품에 관한 것이다.
코일 전자부품 중 하나인 인덕터(inductor)는 저항, 커패시터와 더불어 전자회로를 이루어 노이즈(Noise)를 제거하는 대표적인 수동소자로서, 전자기적 특성을 이용하여 커패시터와 조합하여 특정 주파수 대역의 신호를 증폭시키는 공진회로, 필터(Filter) 회로 등의 구성에 사용된다.
각종 통신 디바이스 또는 디스플레이 디바이스 등 IT 디바이스의 소형화 및 박막화가 가속화되고 있는데, 이러한 IT 디바이스에 채용되는 인덕터, 캐패시터, 트랜지스터 등의 각종 소자들 또한 소형화 및 박형화하기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 이에, 인덕터도 소형이면서 고밀도의 자동 표면 실장이 가능한 칩으로의 전환이 급속도로 이루어져 왔으며, 박막의 절연 기판의 상하면에 도금으로 형성되는 코일 패턴 위에 자성 분말을 수지와 혼합시켜 형성시킨 박막형 인덕터의 개발이 이어지고 있다.
인덕턴스(L) 및 직류 저항(Rdc)은 인덕터의 주요한 특성이며, 직류 저항(Rdc)은 코일의 단면적이 클수록 낮아진다. 또한, 인덕터의 인덕턴스(L)는 자속이 지나가는 내부 자성체부의 면적에 따라 달라진다.
한편, 소형화 파워 인덕터에서 동일한 재료하에서 인덕턴스 및 직류 저항(Rdc) 특성의 저하 없이 DC-bias 특성을 개선하기 위한 연구가 필요하다.
일본공개특허 제2006-278479호
본 발명의 일 실시형태는 DC-bias 특성이 개선된 코일 전자부품에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 코일부가 내부에 배치된 바디 및 상기 바디의 외주면에 배치되며, 상기 코일부와 접속된 외부전극을 포함하며, 상기 코일부는, 직선부와 곡선부를 가지며, 상기 직선부의 코일 폭은 상기 곡선부의 코일 폭보다 작은 코일 부품을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 상기 직선부의 코일 폭을 Ws, 상기 곡선부의 코일 폭을 Wc라고 할 때, Ws/Wc 는 0.84 이하를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면 코일의 직선 부분과 곡선 부분의 코일 폭을 조절하여 자성체의 코어부 면적을 최적화하여 DC-bias 특성이 개선된 코일 전자부품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 코일 전자부품의 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 코일 전자부품의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B' 단면도이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 명세서 전체에서, "상에" 형성된다고 하는 것은 직접적으로 접촉하여 형성되는 것을 의미할 뿐 아니라, 사이에 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
코일 전자부품
이하에서는 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자부품을 설명하되, 특히 파워 인덕터로 설명하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 코일 전자부품의 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 코일 전자부품의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 코일 전자부품의 일 예로써 전원 공급 회로의 전원 라인에 사용되는 파워 인덕터(100)가 개시된다. 상기 코일 전자부품은 파워 인덕터 이외에도 칩 비드(chip bead), 칩 필터(chip filter) 등으로 적절하게 응용될 수 있다.
상기 파워 인덕터(100)는 자성체를 포함하는 바디(50), 절연 기판(20), 코일부(40) 및 외부전극(80)을 포함한다.
바디(50)는 파워 인덕터(100)의 외관을 이루며, 자기 특성을 나타내는 재료라면 제한되지 않고 예를 들어, 페라이트 또는 금속계 연자성 재료가 충진되어 형성될 수 있다.
상기 페라이트로, Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Ni-Zn-Cu계 페라이트, Mn-Mg계 페라이트, Ba계 페라이트 또는 Li계 페라이트 등의 공지된 페라이트를 포함할 수 있다.
상기 금속계 연자성 재료로, Fe, Si, Cr, Al 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 합금일 수 있고 예를 들어, Fe-Si-B-Cr 계 비정질 금속 입자를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속계 연자성 재료의 입자 직경은 0.1㎛ 내지 20㎛일 수 있으며, 에폭시(epoxy) 수지 또는 폴리이미드(polyimide) 등의 고분자 상에 분산된 형태로 포함될 수 있다.
바디(50)는 대략적인 육면체 형상일 수 있으며, 본 발명의 실시형태를 명확하게 설명하기 위해 육면체의 방향을 정의하면, 도 1에 표시된 L, W 및 T는 각각 길이 방향, 폭 방향, 두께 방향을 나타낸다. 상기 바디(50)는 길이 방향의 치수가 폭 방향의 치수보다 큰 육면체의 형상을 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 바디의 길이를 L1, 상기 자성체 본의 폭을 W1 이라고 할 때, L1 ＞ W1을 만족한다.
상기 바디(50)의 내부에 형성되는 절연 기판(20)은 예를 들어, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등으로 형성될 수 있다.
상기 절연 기판(20)의 중앙부는 관통되어 홀을 형성하고, 상기 홀은 페라이트 또는 금속계 연자성 재료 등의 자성체로 충진되어 코어부(55)를 형성할 수 있다. 자성체로 충진되는 코어부(55)를 형성함에 따라 인덕턴스(L)를 향상시킬 수 있다.
상기 절연 기판(20)의 일면에는 코일 형상의 패턴을 가지는 코일부(40)가 형성될 수 있으며, 상기 절연 기판(20)의 반대 면에도 코일 형상 패턴의 코일부(40)가 형성될 수 있다.
상기 코일부(40)는 스파이럴(spiral) 형상으로 코일 패턴이 형성될 수 있으며, 상기 절연 기판(20)의 일면과 반대 면에 형성되는 코일부(40)는 상기 절연 기판(20)에 형성되는 비아 전극을 통해 전기적으로 접속될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 코일부(40)는 직선부와 곡선부를 가지며, 상기 직선부의 코일 폭(Ws)은 상기 곡선부의 코일 폭(Wc)보다 작다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 코일부(40)는 바디의 폭 방향 측면과 인접한 영역에서의 폭보다 상기 바디의 길이 방향 측면과 인접한 영역에서의 폭이 더 크게 형성된다.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B' 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 의하면 상기 직선부의 코일 폭을 Ws, 상기 곡선부의 코일 폭을 Wc라고 할 때, Ws＜Wc를 만족한다.
일반적으로 코일 전자부품의 경우, 칩 측정, 칩 선별 및 공정 진행 시의 방향성 확보를 위해 길이 방향의 치수와 폭 방향의 치수가 다르게 형성되며, 길이 방향의 치수가 폭 방향의 치수보다 크게 형성된다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 길이 방향의 치수(L1)가 폭 방향의 치수(W1)보다 큰 바디(40)를 갖는 칩 인덕터에서, 코일부(40)의 폭을 불균일하게 형성함으로써, 코어부(55)의 면적을 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 파워 인덕터의 마그네틱 플럭스 밀도(Magnetic Flux Density)를 조절하여 DC-bias 특성을 개선할 수 있다.
예를 들어, 상기 코어부(55)는, 상기 코일부(40)가 상기 바디의 폭 방향 중심에서 상기 바디의 길이 방향으로 측정한 폭으로 균일한 폭을 갖도록 형성된 경우보다 넓은 면적을 가질 수 있으며, 이로 인해 파워 인덕터의 마그네틱 플럭스 밀도(Magnetic Flux Density)를 조절할 수 있으며, DC-bias 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면 길이 방향보다 치수가 작은 바디(50)의 폭 방향에서 코일부(40)는 직선부를 가지며, 바디(50)의 치수가 상대적으로 큰 길이 방향에서 코일부(40)는 곡선부를 가진다.
이때, 바디(50)의 폭 방향에 배치된 코일부(40)의 직선부의 폭을 작게 형성하고, 바디(50)의 치수가 상대적으로 큰 길이 방향에 배치된 코일부(40)의 곡선부의 폭을 직선부보다 크게 형성함으로써, 코어부(55)의 면적을 최적화할 수 있다.
상기와 같이, 코일부(40)의 폭을 조절하여 코어부(55)의 면적을 증가시키는 경우, 인덕턴스 저하 및 직류 저항값의 증가 없이도 DC-bias 특성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 곡선부의 코일 폭(Wc) 대비 상기 직선부의 코일 폭(Ws)의 비(Ws/Wc)는 0.84 이하를 만족할 수 있다.
상기 Ws/Wc가 0.84 이하를 만족함으로써, 코어부(55)의 면적 효율이 보다 우수하여, DC-bias 특성 개선 효과가 우수할 수 있다.
상기 코일부(40)는 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성될 수 있으며 예를 들어, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
상기 코일부(40)는 절연층(미도시)으로 피복될 수 있다.
절연층은 스크린 인쇄법, 포토레지스트(Photo Resist, PR)의 노광, 현상을 통한 공정, 스프레이(spray) 도포 공정 등 공지의 방법으로 형성할 수 있다. 코일부(40)는 절연층으로 피복되어 바디(50)를 이루는 자성체 재료와 직접 접촉되지 않을 수 있다.
절연 기판(20)의 일면에 형성되는 코일부(40)의 일 단부는 바디(50)의 길이 방향의 일 측면으로 노출될 수 있으며, 절연 기판(20)의 반대 면에 형성되는 코일부(40)의 일 단부는 바디(50)의 길이 방향의 타 측면으로 노출될 수 있다.
상기 바디(50)의 길이 방향의 양 측면으로 노출되는 상기 코일부(40)와 접속하도록 길이 방향의 양 측면에는 외부 전극(80)이 형성될 수 있다. 상기 외부 전극(80)은 상기 바디(50)의 두께 방향의 양면 및/또는 폭 방향의 양 측면으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 외부 전극(80)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성될 수 있으며 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
하기 표 1은 코일부의 곡선부의 코일 폭(Wc) 대비 직선부의 코일 폭(Ws)의 비(Ws/Wc)에 따른 코어 면적, 인덕턴스(L) 증가율, 직류 저항(Rdc) 증가율 및 DC-bias 증가율을 나타내었다.
표 1의 샘플 1 내지 3에서 바디의 사이즈는 동일하다.
하기 표 1에서 샘플 1은 비교예로서 종래의 구조를 나타내며, 코일부의 직선부와 곡선부의 코일 폭이 55 μm로 동일하고, 코일 두께는 150 μm이며, 코일의 턴수는 6.5 턴으로 제작하였다.
샘플 1에서, 코일부의 곡선부의 코일 폭(Wc) 대비 직선부의 코일 폭(Ws)의 비(Ws/Wc)는 1.0이다.
샘플 2는 본 발명의 실시예 1에 해당하며, 코일부의 직선부 코일 폭은 50 μm이고, 곡선부의 코일 폭은 60 μm로서, 코일부의 곡선부의 코일 폭(Wc) 대비 직선부의 코일 폭(Ws)의 비(Ws/Wc)는 0.83이다.
샘플 2와 이하 샘플 3의 경우 코일 두께와 코일의 턴수는 샘플 1과 동일하게 각각 코일 두께 150 μm, 코일의 턴수 6.5 턴으로 제작하였다.
샘플 3은 본 발명의 실시예 2에 해당하며, 코일부의 직선부 코일 폭은 35 μm이고, 곡선부의 코일 폭은 75 μm로서, 코일부의 곡선부의 코일 폭(Wc) 대비 직선부의 코일 폭(Ws)의 비(Ws/Wc)는 0.47이다.
샘플 Ws/Wc 코어부 면적 인덕턴스[μH]
(인덕턴스 증가율)		 직류 저항(Rdc) [mΩ]
(직류 저항 증가율)		 DC-bias [A]
(DC-bias 증가율)
1 1.0 0.2336 0.4236 42.35 2.8
2 0.833 0.2539 0.4272 (+0.85%) 43.16 (+1.9%) 3.1 (+10.7%)
3 0.47 0.2875 0.4488 (+5.95%) 47.16 (11.36%) 3.3 (+17.86%)
상기 표 1을 참조하면, Ws/Wc가 0.84 이하인 경우, 코어부 면적 증가로 인덕턴스가 증가하고, DC-bias 값이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
또한, Ws/Wc가 0.47인 샘플 2의 경우 Ws/Wc가 0.833인 샘플 1에 비하여 인덕턴스의 증가율과 DC-bias 증가율이 더욱 높아 효과가 보다 우수함을 알 수 있다.
코일 전자부품의 제조방법
다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자부품의 제조방법을 설명한다.
먼저, 절연 기판(20)의 적어도 일면에 코일부(40)를 형성할 수 있다.
상기 절연 기판(20)은 특별하게 제한되지 않으며 예를 들어, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등을 사용할 수 있고, 예를 들어, 40 내지 100 ㎛의 두께일 수 있다.
상기 코일부(40)의 형성 방법으로는 예를 들면, 전기 도금법을 들 수 있지만 이에 제한되지는 않으며, 코일부(40)는 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성할 수 있고 예를 들어, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt) 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다.
상기 코일부(40)는 바디의 길이 방향 중심에서 바디의 폭 방향으로 측정한 상기 코일부의 직선부 폭(Ws)이, 바디의 폭 방향 중심에서 상기 바디의 길이 방향으로 측정한 상기 곡선부 폭(Wc) 보다 작게 형성된다.
코일부의 폭은, 패턴 도금 시 도금 레지스트의 폭을 달리 형성하거나 전해 도금 시 도금액의 농도 및 전류 밀도를 조절하여 다르게 형성할 수 있다.
바디의 길이 방향 및 폭 방향에서 코일부의 폭을 다르게 형성함으로써 DC-bias 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 절연 기판(20)의 일부에는 홀을 형성하고 전도성 물질을 충진하여 비아 전극을 형성할 수 있으며, 상기 비아 전극을 통해 절연 기판(20)의 일면과 반대 면에 형성되는 코일부(40)를 전기적으로 접속시킬 수 있다.
상기 절연 기판(20)의 중앙부에는 드릴, 레이저, 샌드 블래스트, 펀칭 가공 등을 수행하여 절연 기판을 관통하는 홀을 형성할 수 있다.
코일부(40)를 형성한 후, 상기 코일부(40)를 피복하는 절연층(미도시)을 형성할 수 있다. 절연층은 스크린 인쇄법, 포토레지스트(photo resist, PR)의 노광, 현상을 통한 공정, 스프레이(spray) 도포 공정 등 공지의 방법으로 형성할 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.
다음으로, 코일부(40)가 형성된 절연 기판(20)의 상부 및 하부에 자성체 층을 배치하여 바디(50)를 형성한다.
자성체 층을 절연 기판(20)의 양면에 적층하고 라미네이트법이나 정수압 프레스법을 통해 압착하여 바디(50)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 홀이 자성체로 충진될 수 있도록 하여 코어부(55)를 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 바디(50)의 적어도 일 단면에 노출되는 코일부(40)와 접속되도록 외부전극(80)을 형성할 수 있다.
상기 외부 전극(80)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하는 페이스트를 사용하여 형성할 수 있으며 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등을 포함하는 전도성 페이스트일 수 있다. 외부전극(80)을 형성하는 방법은 외부 전극(80)의 형상에 따라 프린팅 뿐만 아니라 딥핑(dipping)법 등을 수행하여 형성할 수 있다.
그 외 상술한 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자부품의 특징과 동일한 부분에 대해서는 여기서 생략하도록 한다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100 : 칩 인덕터
20 : 절연 기판
40 : 코일부
50 : 바디
55 : 코어부
80 : 외부전극

Claims (6)

  1. 코일부가 내부에 배치된 바디; 및
    상기 바디의 외주면에 배치되며, 상기 코일부와 접속된 외부전극;을 포함하며,
    상기 코일부는,
    직선부와 곡선부를 가지며, 상기 직선부의 코일 폭은 상기 곡선부의 코일 폭보다 작은 코일 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직선부의 코일 폭을 Ws, 상기 곡선부의 코일 폭을 Wc라고 할 때,
    Ws/Wc 는 0.84 이하를 만족하는 코일 전자부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코일부는 스파이럴(spiral) 형상을 갖는 코일 전자부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일부의 중앙부는 관통 홀을 형성하고, 상기 관통 홀은 자성체로 충진되어 코어부를 형성하는 코일 전자부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코일부의 폭은 5 μm 이상인 코일 전자부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코일부는 상기 바디의 길이 방향 측면으로 인출되는 코일 전자부품.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109765510A (zh) * 2019-02-20 2019-05-17 中国科学院电工研究所 一种带有圆角的径向超导匀场线圈及其设计方法

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CN109765510A (zh) * 2019-02-20 2019-05-17 中国科学院电工研究所 一种带有圆角的径向超导匀场线圈及其设计方法
CN109765510B (zh) * 2019-02-20 2021-04-27 中国科学院电工研究所 一种带有圆角的径向超导匀场线圈设计方法

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