KR20170120779A - 인덕터 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20170120779A
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박정현
이성태
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Abstract

본 발명은, 인덕터 바디를 코일의 코어와 지지체의 상하 면에 각각 배치되는 제1 자성체부와 상기 제1 자성체부의 상하 면에 각각 배치되되 상기 제1 자성체부 보다 경화 속도가 느린 제2 자성체부로 구성하여, 인덕터 제조시 경화 수축을 제어하여 다이싱 공정에서 발생되는 단자 노출 불량을 최소화할 수 있는 인덕터 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

인덕터 및 그 제조 방법{Inductor and manufacturing method thereof}
본 발명은 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
인덕터(inductor)는 저항 및 커패시터와 더불어 전자 회로를 이루는 대표적인 수동 소자이다. IT 기술의 발전과 더불어 전자 기기의 소형화 및 박막화가 가속화됨에 따라 소형 및 박형 소자에 대한 시장의 요구가 증가하고 있으며, 이에 인덕터도 고 인덕턴스 및 저 직류저항을 실현할 수 있는 특성이 요구되고 있다.
이러한 인덕터 중에 박막형 인덕터가 있다. 상기 박막형 인덕터는 지지체에 코일을 형성하고, 지지체의 양면에 복수의 자성체 시트를 적층한 후 압착하는 공정으로 제조한다.
상기 자성체 시트는 금속 파우더 또는 페라이트 파우더와 수지의 복합체로 이루어지는데, 이때 금속 파우더가 페라이트 파우더 보다 인덕턴스가 높고 직류저항이 낮아 그 사용 영역이 더 확대되는 추세이다.
앞에서 압착된 적층체는 입자 크기가 상이한 2종 이상의 파우더를 사용하여 충진율을 최적화시킨 후, 나머지 빈 공극은 에폭시 수지로 메워 경화 과정을 거쳐 바아(bar) 형태로 제작된다.
이렇게 바아를 제작하는 과정에서, 바아의 형태가 변형되는 문제가 발생할 수 있다. 바아의 변형은 제작된 자성체 시트가 품질적으로 안정하다고 할 때, 바아를 건조하는 과정에서 자성체 시트 내부에 함유되어 있는 잔류 용제가 휘발되어 빠져나가고 자성체 시트 내의 수지가 건조 수축 반응하여 일차로 발생한다. 또한, 경화 과정에서 자성체 시트의 수지(resin), 경화제(hardener) 또는 경화촉매제 사이에서의 경화 반응에 의한 경화 수축으로 인해 발생할 수 있다.
특히, 경화 수축에 의한 바아의 변형이 문제가 되는데, 바아의 변형이 심하게 일어나면 바아에 배치된 코일이 설계 값 보다 지나치게 이동한 상태가 된다.
따라서, 후속 공정인 다이싱에서 보정 값을 넣어 절단을 진행하더라도 칩의 오절단으로 인해 단자 노출 불량이 대량으로 발생할 가능성이 크기 때문에 이러한 경화 수축을 제어하여 바아의 변형성을 감소시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
국내공개특허 2014-0085997 일본공개특허 2013-018256
본 발명의 목적은 경화 수축을 제어하여 코일의 단자 노출 불량을 최소화할 수 있는 인덕터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 인덕터 바디를 코일의 코어와 지지체의 상하 면에 각각 배치되는 제1 자성체부와 상기 제1 자성체부의 상하 면에 각각 배치되되 상기 제1 자성체부 보다 경화 속도가 느린 제2 자성체부를 포함하는 인덕터를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 인덕터 제조시 경화 수축을 제어하여 코일의 뒤틀림을 억제함으로써 다이싱 공정에서 발생되는 코일의 단자 노출 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 인덕터를 코일이 나타나도록 개략적으로 도시한 투명 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 3은 경화촉매제의 함량에 따른 제1 및 제2 자성체 시트의 박리력을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 코일이 형성된 지지체의 상하 측에 복수의 제1 및 제2 자성체 시트를 적층하고 압착하는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 인덕터 제조 방법으로, 제1 자성체 시트를 지지체의 상하 면에 적층하고 압착한 후 그 위에 제2 자성체 시트를 적층하고 압착하는 방법을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 다른 인덕터 제조 방법으로, 제1 자성체 시트와 제2 자성체 시트를 지지체의 상하 면에 순서대로 적층하고 동시에 압착하는 방법을 나타낸 단면도이다.
도 7은 종래의 인덕터 구조에서 바디의 두께 산포를 나타낸 사진이다.
도 8은 도 5의 제조방법으로 제조된 인덕터 바디의 두께 산포를 나타낸 사진이다.
도 9는 도 5의 제조방법으로 제조된 인덕터 바디의 용량 산포를 나타낸 사진이다.
이하, 구체적인 실시 형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당 업계에서 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, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
인덕터
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 인덕터를 코일이 나타나도록 개략적으로 도시한 투명 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 형태의 인덕터(100)는, 바디(10), 바디(10) 내부에 매설되며 제1 및 제2 코일(41, 42)을 가지는 지지체(20) 및 바디(10) 외측에 제1 및 제2 코일(41, 42)의 단부와 각각 전기적으로 연결되도록 형성되는 제1 및 제2 외부 전극(31, 32)을 포함한다.
이하, 본 실시 형태를 명확하게 설명하기 위해 바디(10)의 방향을 정의하면, 도 1에 표시된 L, W 및 T는 각각 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향을 나타낸다. 여기서, 두께 방향은 상하 방향과 동일한 개념으로 사용될 수 있다.
바디(10)는 인덕터(100)의 외관을 이루며, 금속 파우더, 수지 및 경화제를 포함하는 재료로 이루어진다.
이때, 바디(10)를 이루는 재료에는 필요시 강인화제(toughening agent)로서 아크릴 바인더가 소량 더 첨가될 수 있다.
상기 아크릴 바인더는, 시트 상태에서는 시트에 연신성 및 인장력을 추가로 부여하며, 경화시에는 에폭시 레진 및 경화제와 함께 망목(networking)을 형성하여, 전반적으로 완성된 칩의 강도를 향상시키는 작용을 한다.
상기 금속 파우더는 Fe, Si, Cr, Al 및 Ni로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 합금일 수 있다.
예를 들어 Fe-Si-B-Cr계 비정질 금속 입자를 포함할 수 있으나, 자성을 가진다며 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속 파우더는 에폭시(epoxy) 수지에 분산된 형태로 포함될 수 있다.
지지체(20)는 바디(10) 내부에 매설되며, BT 수지나 감광성 폴리머와 같은 절연 재료로 이루어진 기판으로 구성될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 상기 기판은 에폭시 수지의 경화 온도에서 문제가 발생하지 않는 유리 기판, 세라믹 기판, 반도체 기판 또는 수지 기판 등, 예를 들어 FR4 기판 또는 폴리이미드 기판 등을 사용할 수 있다.
또한, 지지체(20)의 중앙부는 관통되어 홀을 형성하고, 상기 홀은 바디(10)를 구성하는 재료로서 후술하는 제1 자성체 시트로 충진되어 코어(11)를 형성한다.
이와 같이 코어(11)를 형성하면 인덕터(100)의 인덕턴스(Inductance, L)를 향상시킬 수 있다.
제1 코일(41)은 지지체(20)의 상면에 형성되고, 제2 코일(42)은 지지체(20)의 하면에 형성되며, 지지체(20)에 두께 방향으로 관통 형성되는 비아 전극(43)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 코일(41, 42)은 바람직하게 스파이럴(spiral) 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 제1 및 제2 코일의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 제1 및 제2 코일은 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등일 수 있으며, 필요시 불규칙한 모양일 수 있다. 다만, 본 실시 형태에서와 같이, 제1 및 제2 코일(41, 42)이 스파이럴 형상인 경우 코일의 면적을 최대화할 수 있으므로 유도되는 자기장의 세기를 최대화시키는데 바람직하다.
또한, 제1 및 제2 코일(41, 42)과 비아 전극(43)은 도전성이 뛰어난 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 금속은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt) 또는 이들의 합금 등일 수 있다.
지지체(20)의 양면에는 제1 및 제2 코일(41, 42)을 덮어 바디(10)와의 절연층 역할을 할 수 있도록 절연 재료로 이루어진 제1 및 제2 코팅부(44, 45)가 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 코팅부(44, 45)는 코일에 포함된 금속 분말의 전도성으로 인해 발생하는 와류 손실을 방지하는 역할을 할 수 있다.
또한, 제1 코일(41)의 단부에 마련된 제1 단자부(41a)는 바디(10)의 길이 방향의 일 단면을 통해 노출될 수 있으며, 제2 코일(42)의 단부에 마련된 제2 단자부(42a)는 바디(10)의 길이 방향의 타 단면을 토해 노출될 수 있다.
그리고, 바디(10)의 길이 방향의 양 단부에는 제1 및 제2 코일(41, 42)의 제1 및 제2 단자부(41a, 42a)와 각각 접촉하여 전기적으로 연결되도록 제1 및 제2 외부 전극(31, 32)이 형성된다.
이때, 제1 및 제2 외부 전극(31, 32)은 바디(10)의 길이 방향의 양면에서 두께 방향의 양면의 일부 및 폭 방향의 양면의 일부까지 연장되게 형성되어 고착 강도 및 전기적 연결성 등을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 및 제2 외부 전극(31, 32)은 도전성이 뛰어난 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 금속은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등일 수 있다.
또한, 제1 및 제2 외부 전극(31, 32)의 표면에는 필요시 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 I-I'선 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 바디(10)는 제 1 자성체부와 상기 제1 자성체부 보다 경화 속도가 느리도록 구성되는 제2 자성체부를 포함한다. 도 2에서 도면부호 51은 두께 방향으로 바디 중 제1 자성체부에 해당하는 영역을 나타내며, 도면부호 52와 53은 제2 자성체부에 해당하는 영역을 나타낸다.
상기 제1 자성체부는, 제1 및 제2 코일(41, 42)의 코어(11)와, 제1 및 제2 내부 코일(41, 42)의 상하 면에 배치되는 제1 상부 커버(14) 및 제1 하부 커버(15)를 포함한다.
이때, 코어(11)의 두께(tc)는 350~700㎛일 수 있고, 제1 상부 커버(14) 및 제1 하부 커버(15)의 두께(t2)는 각각 500~740㎛일 수 있다.
또한, 상기 제1 자성체부는 금속 파우더 100중량부에 대하여 에폭시 수지 2.4 내지 4.5중량%를 포함할 수 있으며, 에폭시 수지의 레진 대비 경화제의 비율(Hardener/Resin, H/R)은 0.3 내지 0.5일 수 있다.
이때, 에폭시 수지의 함량이 2.4중량% 미만이면 내부 공극을 메우는 에폭시 수지의 함량이 부족하여 금속 파우더와 에폭시 수지가 균일하게 분포되지 않으면서 금속 파우더와 에폭시 수지 간 결합강도가 저하되어 제1 및 제2 자성체부의 계면 접착 불량이 발생할 수 있다.
또한, 수지의 비율이 4.5 중량%를 초과하면 금속 파우더의 충진성이 저하되어 칩 용량이 저하되고 시트를 압착하는 과정에서 바아(bar)의 퍼짐이 발생하여 칩의 길이-폭 수축 변형이 발생되고, 칩의 두께가 전체적으로 작아지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 레진 대비 경화제의 비율(H/R)이 0.3 미만이면 경화제와 반응하여 경화 과정에 참여하지 못한 에폭시 레진이 일부 남아있게 되고, 이에 상기 미반응 잔류 에폭시 레진은 칩의 강도가 약화되고 결합력이 저하되어 제1 및 제2 자성체부의 계면 접착 불량이 발생할 수 있고, 디라미네이션 및 칩핑(chipping) 등의 불량이 발생할 수 있다.
또한, 레진 대비 경화제의 비율이 0.5를 초과하면 전반적으로 과도한 경화 수축에 의해 바아(bar)가 변형되는 문제가 발생할 수 있고, 더불어 국부적으로 레진과의 결합에 참여하지 못한 미반응 경화제의 분해 및 부피 팽창으로 인한 바아 내부의 보이드(void) 불량이 발생할 수 있다.
상기 제2 자성체부는 상기 제1 자성체부에서 제1 상부 커버(14)의 상면에 형성되는 제2 상부 커버(12)와 제1 하부 커버(15)의 하면에 형성되는 제2 하부 커버(13)를 포함한다.
이때, 제2 상부 커버(12) 및 제2 하부 커버(13)의 두께(t1)는 각각 50~350㎛일 수 있다.
또한, 상기 제2 자성체부 역시 금속 파우더 100중량부에 대하여 에폭시 수지 2.4 내지 4.5중량%를 포함할 수 있으며, 에폭시 수지의 레진 대비 경화제의 비율(Hardener/Resin, H/R)은 0.3 내지 0.5일 수 있다.
상기 수치 한정에 대해서는, 앞서 설명한 제1 자성체부의 경우와 동일한 임계적 의의를 가지므로 중복을 피하기 위하여 이하 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2 자성체부는 필요시 경화 반응을 가속화시키거나 또는 경화 온도를 낮추기 위해 경화촉매제를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 경화촉매제는 1종이 적용되거나, 또는 필요시 상이한 2종 이상이 적용될 수 있다. 또한, 2종 이상의 경화촉매제가 적용되는 경우 각각의 경화촉매제의 비율은 서로 동일하게 하는 것이 바람직하다.
상기 경화촉매제는 예컨대, 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 아민(polyamide amine), 에폭시 첨가계(epoxy addcut type), 마이클 첨가계(micheal addcut type), 아미다졸계(imidazole type; 2MZ 또는 2E4MZ), 3급 아민(R3-N), 산무수물 타입(PA, THPA, MTHPA, MNA), 폴리페놀(polyphenol) 및 방향족 폴리아민(polyamine) 중 적어도 1종 이상이 사용될 수 있다.
일례로서, 에폭시 수지의 함량은 금속 파우더의 함량 대비 2.8중량%로 비스페놀 A계 에폭시 수지와 페놀계 경화제를 당량비 0.85 수준으로 동일하게 하여 비교 예와 실시 예를 준비하되, 이 중 실시 예는 아미다졸 경화촉매제를 MEK(메틸에틸케른)에 녹여 금속 파우더 대비 0.15중량부, 더 바람직하게는 0.17중량부를 첨가한 후, 각각 예컨대 70℃/min과 같은 동일한 속도로 승온시키며 경화 정도를 관찰하였다.
이에 경화촉매제를 첨가하지 않은 비교예의 경우 약 150초가 지나 171℃에서 경화 반응이 일어났고, 경화촉매제를 첨가한 실시예의 경우 약 90초가 지난 시점인 110℃에서 경화 반응이 일어났다. 이에, 0.15중량부 이상의 경화촉매제를 첨가하는 것만으로 경화 온도를 60℃ 정도 낮출 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 경화촉매제를 첨가하는 경우 경화 온도 및 경화 시간은 단축되지만 제1 및 제2 자성체부의 계면 간의 접착성은 떨어짐을 알 수 있다.
이렇게 접착성이 떨어지면, 경화 후 제1 자성체부와 제2 자성체부의 계면이 서로 떨어지는 딜라미네이션에 의해 불량이 발생하므로 접착성은 일정 수준 이상을 유지해야 한다.
이때, 접착성은 시트와 시트를 살짝 붙인 뒤 떼어내는 박리력으로 표현하며, 상온에서 측정하는 시트 박리력은 이러한 딜라미네이션을 방지하기 위해 최소 0.07N 이상이어야 한다.
이를 위해 경화촉매제는 금속 파우더 100중량부에 대하여 0.15중량부 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
다른 실시 형태로서, 상기 제1 및 제2 자성체부는 모두 적어도 1종 이상의 경화촉매제를 금속 파우더 100중량부에 대하여 각각 1.5중량부 이상 포함할 수 있으며, 이 경우 전체적인 경화시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
이때, (제2 자성체부의 경화촉매제 함량/제1 자성체부의 경화촉진제 함량)은 1.5 이상 3.0 이하가 된다.
제2 자성체부에서 먼저 경화가 일어나고 제1 자성체부는 그 후에 경화가 진행되어야 바아(bar) 수축거동올 제어할 수 있으므로, 경화를 촉진시키는 촉매제의 함량 차이가 1.5 미만일 경우에는 이러한 수축 거동을 제어하는 효과가 미미하다.
반대로 상기 비율이 3.0을 초과하게 되면 제2 자성체부의 급격한 경화 반응이 일어나 접착성이 저하되고 제1 자성체부와 제2 자성체부가 서로 벌어지게 되는 딜라미네이션이 발생할 가능성이 커지게 된다.
이때, 상기 경화촉매제는 1종이 적용되거나, 또는 필요시 상이한 2종 이상이 적용될 수 있다.
한편, 아미다졸이나 아민계 경화촉매제는 수지의 에폭시링이 열리기 시작하는 고온에서 경화제와 같이 반응이 일어나나, 변성 아민 계열이나 우레아 계열로서, 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 아민(polyamide amine), 에폭시 첨가계(epoxy addcut type), 마이클 첨가계(micheal addcut type), 아미다졸계(imidazole type; 2MZ 또는 2E4MZ), 3급 아민(R3-N)의 경화촉매제는 100oC이하, 구체적으로는 60~80oC에서 경화를 촉진시킨다.
상기 100℃ 이하에서 경화를 촉진시키는 경화촉매제를 저온 경화촉매제라고 하는데, 상기 저온 경화촉매제와 일반 경화촉진제 2종을 동시에 적용하면 단계적으로 부분 경화를 일으켜 경화 수축 제어와 함께 제1 상부 커버(14)와 제2 상부 커버(12), 제1 하부 커버(15)와 제2 하부 커버(13)이 계면의 접착성을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 상기 제2 자성체부에서 먼저 경화가 진행되는 과정에서, 또는 상기 제1 및 제2 자성체부 내의 금속 파우더의 충진성이 80% 이상으로 높은 경우, 제1 상부 커버(14)와 제2 상부 커버(12), 제1 하부 커버(15)와 제2 하부 커버(13)의 계면의 접착성이 저하되어 딜라미네이션(Delamination)이 발생할 수 있다.
즉, 금속 파우더의 충진성이 80% 이상이 되면 공극을 채우는 에폭시 수지가 차지하는 비율이 20%로서 첨가되는 수지의 함량은 금속 파우더 대비 2.95% 미만이 되고, 이렇게 되면 계면 접착에 관여하는 시트 표면에 분포하고 있는 에폭시 수지 또한 그 양이 상당히 작아지므로 제1 및 제2 자성체부의 서로 다른 경화 반응에 의해 접착성이 저하되고 딜라미네이션이 좀 더 빈번하게 발생하는 것이다.
따라서, 금속 파우더의 충진성이 80% 이상으로 높아 에폭시 수지의 함량이 2.95% 미만이 되는 경우에는, 이러한 디라미네이션을 방지하기 위해 이에 상기 제1 자성체부와 제2 자성체부에 적용되는 에폭시 수지를 상이하게 적용할 수 있으며, 필요시 경화촉매제를 많이 함유하는 제2 자성체부 쪽에 보다 높은 접착성을 보이는 에폭시 수지를 적용할 수 있다.
예를 들어, 비스페놀 A는 자체적으로 가지고 있는 OH기가 거의 없는 상태라 수지 자체가 금속 파우더와의 상용성이 그리 좋은 편은 아니다.
그러나, 경화 온도나 경화 시간 등이 거의 유사한 특성을 가진 것으로 알려져 있는 비스페놀 F는 상기 비스페놀 A에 비해 상대적으로 OH기를 많이 가지고 있으면서 금속 파우더와의 상용성이 좋아 시트 접착성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 제2 자성체부는 에폭시 수지로서 상기 비스페놀 F를 사용할 수 있다.
인덕터의 제조 방법
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 인덕터를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 제 1 자성체 시트와 상기 제1 자성체 시트에 비해 경화 속도가 빠르게 구성되는 제 2 자성체 시트를 마련한다.
상기 제 1 및 제 2 자성체 시트는 자성체 분말, 예를 들어, 금속 파우더, 수지 및 경화제와, 바인더, 용제 등의 유기물을 혼합하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 닥터 블레이드 법으로 캐리어 필름(carrier film)상에 수십 ㎛의 두께로 도포한 후 건조하여 시트(sheet)형으로 제작할 수 있다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 자성체 시트는 수지와 경화제 및 경화촉매제의 함량을 달리하여 경화 속도를 다르게 조절할 수 있다. 그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 경화 속도를 다르게 조절할 수 있는 방안이라면 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 제1 자성체 시트는 금속 파우더 100중량부에 대하여 에폭시 수지 2.4 내지 4.5중량%를 포함할 수 있으며, 에폭시 수지의 레진 대비 경화제의 비율(Hardener/Resin, H/R)은 0.3 내지 0.5의 비율로 포함될 수 있다.
또한, 상기 제2 자성체 시트는 금속 파우더 100중량부에 대하여 에폭시 수지 2.4 내지 4.5중량%를 포함할 수 있으며, 에폭시 수지의 레진 대비 경화제의 비율(Hardener/Resin, H/R)은 0.3 내지 0.5의 비율로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 제2 자성체 시트는, 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 아민(polyamide amine), 에폭시 첨가계(epoxy addcut type), 마이클 첨가계(micheal addcut type), 아미다졸계(imidazole type; 2MZ 또는 2E4MZ), 3급 아민(R3-N), 산무수물 타입(PA, THPA, MTHPA, MNA), 폴리페놀(polyphenol) 및 방향족 폴리마인(polyamine) 중 적어도 1종 이상의 경화촉매제를 금속 파우더 100중량부에 대하여 0.15 중량부 이상 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 자성체 시트는 2종 이상의 경화촉매제를 포함하며, 상기 경화촉매제 중 하나는 필요시 저온 경화촉매제일 수 있다. 또한, 상기 제2 자성체 시트의 에폭시 수지는 필요시 비스페놀 F일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 상기 제1 및 제2 자성체시트는 적어도 1종 이상의 경화촉매제를 금속 파우더 100중량부에 대하여 각각 0.15중량부 이상 포함할 수 있으며, 이때 (제2 자성체시트의 경화촉매제의 함량/제1 자성체시트의 경화촉매제의 함량)은 1.5 이상이 되어야 한다.
또한, 상기 제1 및 제2 자성체시트는 2종 이상의 경화촉매제를 포함할 수 있으며, 이때 상기 경화촉매제 중 하나는 필요시 저온 경화촉매제일 수 있다.
다음으로, 지지체(20)의 양면에 제1 및 제2 코일(41, 42)을 각각 형성한다. 이때, 제1 및 제2 코일(41, 42)은 예컨대 전기 도금법으로 형성할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 지지체(20)의 상하부에 복수의 제1 자성체 시트를 각각 적층하고, 상기 제1 자성체 시트의 상하부에 복수의 제2 자성체 시트를 각각 적층하며, 라미네이트법 또는 정수압 프레스법 등으로 상하 압착하여 코어(11)를 가지는 바아를 형성한다.
예컨대, 지지체(20)의 상하 면에 자성체 시트를 총 5장씩 적층하는 경우, 제1 자성체 시트 3장과 제2 자성체 시트 2장을 사용할 수 있다. 이때, 자성체 시트는 두께 70~99㎛의 것을 사용할 수 있다.
한편, 일례로서, 자성체 시트를 압착하는 방법으로 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 자성체 시트를 지지체(20)의 상하 면에 적층하고 압착한 후 그 위에 제2 자성체 시트를 적층하고 압착하는 방법과, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 자성체 시트와 제2 자성체 시트를 지지체(20)의 상하 면에 순서대로 적층하고 동시에 한번에 압착하는 방법이 있다.
제1 자성체 시트를 먼저 압착하고 제2 자성체 시트를 그 다음에 압착하는 경우, 제1 자성체 시트가 먼저 기판 코일 내부로 유동 함몰되어 다져지므로 제1 자성체부와 제2 자성체부가 평행하여 경화 과정에서 칩 내부의 뒤틀림이 없이 경화 수축이 잘 제어되나, 제1 자성체부가 이미 다져진 상태이므로 제1 자성체부의 계면과 제2 자성체부의 계면 간의 접착성이 저하될 수 있다.
반면에, 제1 자성체 시트와 제2 자성체 시트를 동시에 압착하는 경우, 제2 자성체 시트들도 함몰되어 들어가므로, 칩 경화 수축이 X-Y축으로 200㎛ 이상 크게 일어난다면, 칩 뒤틀림이 발생하게 되나 계면 접착성은 상승하게 된다.
이와 같이 각각의 압착 방법에 따라 장단점이 있는 가운데, 제1 자성체 시트 및 제2 자성체 시트에 포함되는 에폭시 수지 시스템(에폭시 레진 + 경화제 + 경화촉매제)에 따라 계면 접착성을 향상시킬 수 있기 때문에, 두 가지 압착 방법은 경화수축 제어에 모두 유효하다.
다음으로, 상기 바아를 경화시키고, 개별 칩으로 다이싱하여 제1 및 제2 단자부(41a, 42a)가 마주보는 양면으로 노출되는 바디(10)를 제조한다.
다음으로, 바디(10)의 마주보는 양면에 제1 및 제2 단자부(41a, 42a)와 전기적으로 접속되도록 제1 및 제2 외부 전극(31, 32)을 형성하여 인덕터(100)를 완성한다.
이하, 종래의 단일 재료로 이루어진 인덕터와 본 발명의 일 실시 형태에 의한 인덕터의 특성 및 작용에 대해 설명한다.
종래에는 절단하기 전의 바디의 형태인 바아의 변형이 심하게 발생하여 다이싱시 단자 노출 불량이 증가할 경우, 다이싱 옵셋값을 조정하여 이러한 단자 노출 불량을 제어한다.
그러나, 바아를 이루는 금속 파우더의 입도 산포가 수 ㎛에서 수십 ㎛에 이르고 있는데다가, 여기에 파우더 LOT성으로도 변화하는 입도 산포 변화에 따라 칩 내부 파우더 충진성이 약 ±3% 정도의 산포를 갖게 되는데, 이로 인해 금속 파우더가 차지하는 부피 이외에 에폭시 수지가 차지하는 비율도 달라지게 된다.
예를 들어, 금속 파우더의 충진성이 80±3%라면, 에폭시 수지가 차지하는 칩 내부에서의 부피는 이론적으로 내부 공극을 채우는 형태이므로 20±3%로서, 금속 파우더의 충진성에 따라 에폭시 수지의 함량을 조절하게 된다.
이때 이러한 에폭시 수지 함량비의 변경에 의해 경화 수축 거동이 다르게 일어나므로, 바아 변형성을 야기하고 코일들이 자리한 위치 역시 일정하지 않아, 다이싱시 단자 노출 불량이 일정하지 않고, 증가와 감소가 연속적으로 이어지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 금속 파우더는 D50이 수십 ㎛인 조분과 수백 nm ~ 수 ㎛인 미분이 혼합되어 구성된다.
금속 파우더 조분의 경우 입도가 상당히 크고 밀도도 높아 슬러리 내에서 파우더의 침강이 빠르게 일어나므로, 이러한 슬러리를 적용하여 제작한 단일 시트를 적용하게 되면, 슬러리 분산 불균일성이 시트에서도 불균일한 형태로 나타난다.
이에, 상기의 시트를 적용한 바아의 변형성을 크게 하고 변형성 또한 랜덤 모드로 발생하여 코일의 노출 불량이 높아지게 된다.
반면에, 본 실시 형태의 인덕터는, 지지체에 적층되어 바아(바디)를 구성하는 시트의 경화 시스템을 달리 가져가서 경화 수축을 제어하는 것이다.
더 구체적으로 설명하면, 지지체의 위 아래로 시트를 적층하여, 예컨대 대칭적으로 시트의 두께에 따라 3+3, 4+4, 5+5 형태로 적층하여 진행하게 되는데, 이때 바디의 상하 최외곽을 구성하는 부분(본 실시 형태의 제2 자성체부)에는 에폭시 수지 경화 시스템이 다른 시트를 적층함으로써 제1 자성체 시트에서 위에서 설명한 형태의 문제가 있더라도 전체적으로 바아의 경화 수축을 제어하고 이에 바이를 절단했을 때 개별 칩의 바디의 변형성을 억제하는 것이다.
이때, 제1 및 제2 자성체부를 이루는 각 시트에 적용되는 금속 파우더는 동일하게 하면서, 바디의 코어와 제1 상부 커버 및 제1 하부 커버를 구성하는 제1 자성체부를 형성하기 위한 제1 자성체 시트는 수지와 경화제로 이루어지고, 제2 상부 커버 및 제2 하부 커버를 구성하는 제2 자성체부를 형성하기 위한 제2 자성체 시트는 수지, 경화제 및 0.15% 이상의 경화촉매제로 이루어지도록 할 수 있다.
이때, 더 바람직하게 경화촉매제는 0.17%의 함량이 포함될 수 있다.
따라서, 제2 자성체 시트가 제1 자성체 시트에 비해 더 낮은 경화 온도 또는 짧은 경화 시간에 경화가 이루어지고, 제1 자성체 시트는 제2 자성체 시트만큼 경화가 이루어지지 않게 되므로 바디의 변형성을 더 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 제2 자성체 시트를 적용한 제2 상부 커버 및 제2 하부 커버 부분의 경화가 완료될 때 제1 자성체 시트를 적용한 코어, 제1 상부 커버 및 제2 상부 커버 부분은 이미 경화가 진행 중인 상태이다.
따라서, 제2 자성체 시트가 제1 자성체 시트 부분의 경화 수축을 제어함으로써, 에폭시 경화로 인한 바디의 변형성이 전체적으로 동일한 경화 시스템이 적용되었을 때 보다 크게 개선될 수 있다.
도 7은 종래의 인덕터 구조에서, X-Y축으로 코일의 위치 변형이 생긴 분포도를 나타내며, 여기서 등고선도의 단위는 ㎛이다.
도 7을 참조하면, 제1 자성체 시트를 사용하지 않고 제2 자성체 시트 5장만을 지지체의 상하에 적층하고 압착 후 경화를 한 것이며, 중앙부의 제일 진한 파랑색 영역의 바아의 두께는 720~740㎛이고, 좌우 연두색 영역의 바아의 두께는 800~820㎛로서, 이는 X-Y축으로 경화 수축에 의해 두께가 약 100㎛ 변형이 일어났음을 나타낸다.
즉, 종래의 인덕터의 경우, 본 발명의 실시 예와 달리, 제1 자성체 시트를 사용하지 않고 제2 자성체 시트만을 지지체의 상하에 적층하고 압착 후 경화를 하게 되면, 경화 수축이 크게 일어나는 것을 알 수 있다.
반면에, 본 실시 예와 같이, 제1 자성체 시트 3장을 지지체의 상하 면에 각각 적층하고 1차 압착한 후, 그 상하 면에 제2 자성체 시트를 2장씩 각각 더 적층하고 2차 압착한 후 경화하면, 제2 자성체 시트로 이루어지는 제2 자성체부가 제1 자성체 시트로 이루어지는 제1 자성체부 보다 낮은 온도에서 더 짧은 시간 내에 경화 완료되고, 제1 자성체부는 제2 자성체부가 어느 정도 경화된 후에 경화가 진행된다.
따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 전체적으로 바아의 경화 수축을 변형성이 0.02mm(20㎛) 이내가 되도록 제어하여 바아의 경화 수축에 따른 영역별 두께 산포가 크지 않고 균일하게 제어될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 이렇게 변형성이 제어되면 바아의 인덕턴스 용량 편차가 0.593uH에서 0.562uH로 줄어들어 상대적으로 작게 나타남을 알 수 있다.
실험 예
하기 표 1은 제1 및 제2 자성체 시트의 에폭시 수지와 경화제의 함량에 따른 바디의 경화시 길이-폭 방향 수축 변형율과 제1 및 제2 자성체부의 계면 접착 불량 발생 유무를 나타낸 것이다.
여기서, 제1 및 제2 자성체 시트의 금속 파우더의 충진율은 80±5중량%이고, 제1 및 제2 자성체 시트는 각각 90±5㎛의 두께로 제작하였다.
No. 제1 자성체 시트의
금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량
(중량부)		 제2 자성체 시트의
금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량
(중량부)		 길이-폭 수축 변형
(㎛)		 계면 접착
1 2.30 2.40 - 불량
2 2.30 3.00 - 불량
3 2.30 4.60 650 불량
4 2.40 2.50 300 -
5 3.00 3.00 200 -
6 3.40 3.50 250 -
7 3.40 2.40 - -
8 3.40 4.60 800 -
9 4.00 4.00 150 -
10 4.50 4.50 450 -
11 4.60 2.30 650 불량
12 4.60 3.00 700 -
13 4.60 4.60 1000 -
표 1의 모든 샘플에서, 제1 및 제2 자성체 시트의 에폭시 수지 내 레진 경화제의 비율은 둘 다 0.4로 설정하였다.
표 1을 참조하면, 제1 자성체 시트의 금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량이 2.4중량부 미만인 샘플 1-3의 경우, 계면 접착 불량이 나타났다.
그리고, 제1 자성체 시트의 금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량이 4.5중량부를 초과하는 샘플 11-13의 경우 길이-폭 수축 변형이 650㎛ 이상으로 크게 발생되었다.
또한, 제2 자성체 시트의 금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량이 4.5중량부를 초과하는 샘플 3 및 8의 경우, 길이-폭 수축변형이 650㎛ 이상으로 크게 발생되었다.
이때, 제1 및 제2 자성체 시트의 금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량이 둘 다 4.5중량부를 초과하는 샘플 13의 경우, 길이-폭 수축 변형이 1000㎛으로 매우 크게 발생되었다.
그리고, 샘플 11의 경우, 제2 자성체 시트의 금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량이 2.4 미만으로, 계면 접착 불량이 나타났다.
따라서, 제1 및 제2 자성체 시트의 금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량 중 적어도 하나가 4.5중량부를 초과하면 길이-폭 수축변형이 500㎛를 초과하여 크게 발생되고, 그 함량 중 적어도 하나가 2.4중량부 미만이면 계면 접착 불량이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
하기 표 2는 제1 및 제2 자성체 시트의 에폭시 수지 내 레진 대비 경화제의 비율에 따른 바디의 경화시 길이-폭 방향 수축 변형율과 보이드 불량 발생 여부 및 제1 및 제2 자성체부의 계면 접착 불량 발생 유무를 나타낸 것이다.
여기서, 제1 및 제2 자성체 시트의 금속 파우더의 충진율은 80±5중량%이고, 제1 및 제2 자성체 시트는 각각 90±5㎛의 두께로 제작하였다.
No. 제1 자성체 시트의
에폭시 수지 내 레진 대비 경화제 비율
(경화제/수지)		 제2 자성체 시트의
에폭시 수지 내 레진 대비 경화제 비율
(경화제/수지)		 길이-폭 수축변형
(㎛)		 보이드(void) 계면 접착
1 0.2 0.2 400 없음 불량
2 0.2 0.4 200 없음 불량
3 0.2 0.6 650 있음 불량
4 0.3 0.3 300 없음 -
5 0.4 0.2 350 없음 불량
6 0.4 0.4 400 없음 -
7 0.4 0.6 700 있음 불량
8 0.5 0.5 400 없음 -
9 0.6 0.2 650 있음 불량
10 0.6 0.4 700 있음 불량
11 0.6 0.6 900 있음 -
표 2의 모든 샘플에서, 제1 및 제2 자성체 시트의 금속 파우더 대비 에폭시 수지의 함량은 둘 다 3.5중량부로 설정하였다.
표 2를 참조하면, 제1 자성체 시트의 에폭시 수지 내 레진 대비 경화제의 비율이 0.3 미만인 샘플 1-3의 경우, 계면 접착 불량이 나타났다.
그리고, 제1 자성체 시트의 에폭시 수지 내 레진 대비 경화제의 비율이 0.5를 초과하는 샘플 9-11의 경우 길이-폭 수축변형이 650㎛ 이상으로 크게 발생되고 보이드가 발견되었다.
또한, 제2 자성체 시트의 에폭시 수지 내 레진 대비 경화제의 비율이 0.6을 초과하는 샘플 3 및 7의 경우, 길이-폭 수축변형이 650㎛ 이상으로 크게 발생되고 보이드가 발견되었다.
이때, 제1 및 제2 자성체 시트의 에폭시 수지 내 레진 대비 경화제의 비율이 둘 다 0.6을 초과하는 샘플 11의 경우, 길이-폭 수축변형이 900㎛로 매우 크게 발생되고 보이드가 발견되었다.
그리고, 샘플 5의 경우, 제2 자성체 시트의 에폭시 수지 내 레진 대비 경화제의 비율이 0.2 미만으로, 계면 접착 불량이 나타났다.
따라서, 제1 및 제2 자성체 시트의 에폭시 수지 내 레진 대비 경화제의 비율 중 적어도 하나가 0.5를 초과하면 길이-폭 수축 변경이 500㎛를 초과하여 크게 발생되고 보이드가 발견되었으며, 그 비율 중 적어도 하나가 0.2 미만이면 계면 접착 불량이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예 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.
10: 바디
11: 코어
20: 지지체
31, 32: 제1 및 제2 외부 전극
41, 42: 제1 및 제2 코일
41a, 42a: 제1 및 제2 단자부
43: 비아 전극
44, 45: 제1 및 제2 코팅부
100: 인덕터

Claims (16)

  1. 양면에 제1 및 제2 코일이 각각 형성되는 지지체;
    상기 제1 및 제2 코일의 단부가 마주보는 양면을 통해 노출되도록 상기 지지체를 매설하며, 상기 제1 및 제2 코일의 코어와 상기 지지체의 상하 면에 각각 배치되는 제1 자성체부와 상기 제1 자성체부의 상하 면에 각각 배치되는 제2 자성체부를 포함하는 바디; 및
    상기 바디의 외측에 상기 제1 및 제2 코일의 단부와 각각 전기적으로 연결되도록 형성되는 제1 및 제2 외부 전극; 을 포함하며,
    상기 제1 자성체부는 상기 제2 자성체부 보다 경화 속도가 빠르도록 구성되는 인덕터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성체부는, 금속 파우더 100중량부에 대하여 에폭시 수지 2.4~4.5중량부와, 에폭시 수지에서 경화제를 레진 대비 0.3~0.5의 비율로 각각 포함하는 인덕터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 자성체부는, 금속 파우더 100중량부에 대하여, 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 아민(polyamide amine), 에폭시 첨가계(epoxy addcut type), 마이클 첨가계(micheal addcut type), 아미다졸계(imidazole type; 2MZ 또는 2E4MZ), 3급 아민(R3-N), 산무수물 타입(PA, THPA, MTHPA, MNA), 폴리페놀(polyphenol) 및 방향족 폴리아민(polyamine) 중 적어도 1종 이상의 경화촉매제를 0.15중량부 이상 포함하는 인덕터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 자성체부는 2종 이상의 경화촉매제를 포함하며, 상기 경화촉매제 중 하나가 저온 경화촉매제인 인덕터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성체부는, 금속 파우더 100중량부에 대하여, 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 아민(polyamide amine), 에폭시 첨가계(epoxy addcut type), 마이클 첨가계(micheal addcut type), 아미다졸계(imidazole type; 2MZ 또는 2E4MZ), 3급 아민(R3-N), 산무수물 타입(PA, THPA, MTHPA, MNA), 폴리페놀(polyphenol) 및 방향족 폴리마인(polyamine) 중 적어도 1종 이상의 경화촉매제를 각각 0.15중량부 이상 포함하며, 3.0≥(제2 자성체부의 경화촉매제 함량/제1 자성체부의 경화촉매제 함량)≥1.5인 인덕터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성체부는 2종 이상의 경화촉매제를 각각 포함하며, 상기 경화촉매제 중 하나가 저온 경화촉매제인 인덕터.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 자성체부의 에폭시 수지가 비스페놀 F인 인덕터.
  8. 제1 자성체 시트와 상기 제1 자성체 시트에 비해 경화 속도가 느린 제2 자성체 시트를 마련하는 단계;
    지지체의 양면에 제1 및 제2 코일을 각각 형성하는 단계;
    상기 지지체의 상하 면에 복수의 제1 자성체 시트와 복수의 제2 자성체 시트를 적층하고 압착하고 경화하여 바아(bar)를 마련하는 단계;
    상기 바아를 개별 칩 크기로 다이싱(dicing)하여 제1 및 제2 코일의 단부가 마주보는 양면으로 노출되는 인덕터 바디를 마련하는 단계; 및
    상기 바디의 양면에 상기 제1 및 제2 코일의 단부와 각각 전기적으로 연결되도록 제1 및 제2 외부 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 인덕터의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성체 시트는, 금속 파우더 100중량부에 대하여 에폭시 수지 2.4~4.5중량부와, 에폭시 수지에서 경화제를 레진 대비 0.3~0.5의 비율로 각각 포함하는 인덕터의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 자성체 시트는, 금속 파우더 100중량부에 대하여, 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 아민(polyamide amine), 에폭시 첨가계(epoxy addcut type), 마이클 첨가계(micheal addcut type), 아미다졸계(imidazole type; 2MZ 또는 2E4MZ), 3급 아민(R3-N), 산무수물 타입(PA, THPA, MTHPA, MNA), 폴리페놀(polyphenol) 및 방향족 폴리아민(polyamine) 중 적어도 1종 이상의 경화촉매제를 0.15중량부 이상 포함하는 인덕터의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 자성체 시트는 2종 이상의 경화촉매제를 포함하며, 상기 경화촉매제 중 하나가 저온 경화촉매제인 인덕터의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성체 시트는, 금속 파우더 100중량부에 대하여, 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 아민(polyamide amine), 에폭시 첨가계(epoxy addcut type), 마이클 첨가계(micheal addcut type), 아미다졸계(imidazole type; 2MZ 또는 2E4MZ), 3급 아민(R3-N), 산무수물 타입(PA, THPA, MTHPA, MNA), 폴리페놀(polyphenol) 및 방향족 폴리마인(polyamine) 중 적어도 1종 이상의 경화촉매제를 각각 0.15중량부 이상 포함하며, 3.0≥(제2 자성체 시트의 경화촉매제 함량/제1 자성체 시트의 경화촉매제 함량)≥1.5인 인덕터의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성체 시트는 2종 이상의 경화촉매제를 각각 포함하며, 상기 경화촉매제 중 하나가 저온 경화촉매제인 인덕터의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제2 자성체 시트의 에폭시 수지가 비스페놀 F인 인덕터의 제조 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    먼저 제1 자성체 시트를 적층하고 압착한 후, 제2 자성체 시트를 적층하고 압착하는 인덕터의 제조 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    제1 자성체 시트 및 제2 자성체 시트를 순서대로 적층하고 압착한 후, 한번에 경화하는 인덕터의 제조 방법.
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