KR20180009652A - 파워 인덕터 - Google Patents

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KR20180009652A
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Abstract

본 발명은 금속 분말 및 폴리머를 포함하는 바디; 상기 바디 내부에 마련된 적어도 하나의 기재; 상기 기재의 적어도 일면 상에 형성된 적어도 하나의 코일 패턴; 및 상기 코일 패턴과 상기 바디 사이에 형성된 절연층을 포함하고, 상기 금속 분말은 평균 입도 분포(D50)가 다른 적어도 셋 이상의 금속 분말을 포함하는 파워 인덕터 파워 인덕터가 제시된다.

Description

파워 인덕터{Power Inductor}
본 발명은 파워 인덕터에 관한 것으로, 특히 인덕턴스(Inductance) 특성이 우수하고 절연 특성 및 열적 안정성이 향상된 파워 인덕터에 관한 것이다.
파워 인덕터는 주로 휴대기기 내의 DC-DC 컨버터 등의 전원 회로에 마련된다. 이러한 파워 인덕터는 전원 회로의 고주파화 및 소형화에 따라 기존의 권선형 초크 코일(Choke Coil)을 대신하여 이용이 증대되고 있다. 또한, 파워 인덕터는 휴대기기의 사이즈 축소와 다기능화에 따라 소형화, 고전류화, 저저항화 등의 방향으로 개발이 진행되고 있다.
종래의 파워 인덕터는 다수의 자성체(ferrite) 또는 저유전율의 유전체로 이루어진 세라믹 시트들이 적층된 형태로 제조되었다. 이때, 세라믹 시트 상에는 코일 패턴이 형성되는데, 각각의 세라믹 시트 상에 형성된 코일 패턴은 세라믹 시트에 형성된 도전성 비아에 의해 접속되고, 시트가 적층되는 상하 방향을 따라 중첩되는 구조를 이룰 수 있다. 또한, 세라믹 시트들이 적층되어 구성된 바디는 종래에는 대체로 니켈(Ni)-아연(Zn)-구리(Cu)-철(Fe)의 4원계로 구성된 자성체 재료를 이용하여 제작하였다.
그런데, 자성체 재료는 포화 자화 값이 금속 재료에 비해 낮아서 최근의 휴대기기가 요구하는 고전류 특성을 구현하지 못할 수 있다. 따라서, 파워 인덕터를 구성하는 바디를 금속 분말을 이용하여 제작함으로써 바디를 자성체로 제작한 경우에 비해 상대적으로 포화 자화 값을 높일 수 있다. 그러나, 금속을 이용하여 바디를 제작할 경우 고주파에서의 와전류 손실 및 히스테리 손실이 높아져 재료의 손실이 심해지는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 재료의 손실을 감소시키기 위해 금속 분말 사이를 폴리머로 절연하는 구조를 적용하고 있다. 즉, 금속 분말과 폴리머가 혼합된 시트를 적층하여 파워 인덕터의 바디를 제조한다. 또한, 바디 내부에는 코일 패턴이 형성된 소정의 기재가 마련된다. 즉, 소정의 기재 상에 코일 패턴을 형성하고, 그 상측 및 하측에 복수의 시트를 적층 및 압착하여 파워 인덕터를 제조한다.
코일의 인덕턴스는 투자율에 비례하며 단위 부피에서 높은 인덕턴스를 구현하기 위해서는 높은 투자율 재료가 요구된다. 금속 분말에서 투자율은 입자 크기와 함께 증가하기 때문에 높은 투자율을 구현하기 위해서 큰 입자를 사용하게 된다. 그러나, 입자 크기의 증가로 인하여 사용 가능 주파수의 하향과 함께 고주파 손실도 함께 증가되며, 이는 표면적 증가로 발생하는 와전류 손실에서 기인한다. 표면 와전류에 의한 손실은 열로 변환되며, 손실 열로 인한 금속 입자의 투자율의 감소와 손실이 증가로 인덕터 효율이 저하되는 되는 문제가 있다. 따라서, 고주파에서의 효율 저하를 방지하기 위해서는 입자의 크기를 줄이는 것이 필요하다. 그런데, 작은 입자를 사용할 경우 최대 발현 가능한 투자율이 낮아 인덕턴스 구현에 문제가 있으므로, 단위 부피당 금속 입자의 충진율을 높여 투자율 감소 원인인 비자성체의 부피를 최소화하여 하는 방안이 필수적이다.
한국공개특허공보 제2007-0032259호
본 발명은 투자율을 향상시킬 수 있고 그에 따라 인덕턴스를 향상시킬 수 있는 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명은 평균 입도 분포가 다른 복수의 금속 분말을 이용하여 투자율을 향상시킬 수 있는 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명은 코일 패턴과 바디 사이의 절연성을 향상시킬 수 있는 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 파워 인덕터는 금속 분말 및 폴리머를 포함하는 바디; 상기 바디 내부에 마련된 적어도 하나의 기재; 및 상기 기재의 적어도 일면 상에 형성된 적어도 하나의 코일 패턴을 포함하고, 상기 금속 분말은 입도 분포의 중간값이 다른 적어도 셋 이상의 금속 분말을 포함한다.
상기 금속 분말은 상기 입도 분포의 중간값이 20㎛ 내지 100㎛의 제 1 금속 분말과, 상기 입도 분포의 중간값이 2㎛ 내지 20㎛인 제 2 금속 분말과, 상기 입도 분포의 중간값이 1㎛ 내지 10㎛인 제 3 금속 분말을 포함한다.
상기 금속 분말 100wt%에 대하여 상기 제 1 금속 분말이 50wt% 내지 90wt% 포함되고, 상기 제 2 금속 분말이 5wt% 내지 25wt% 포함되며, 상기 제 3 금속 분말이 5wt% 내지 25wt% 포함된다.
상기 제 1 내지 제 3 금속 분말의 적어도 어느 하나는 입도 분포의 중간값이 다른 적어도 하나의 금속 분말을 더 포함한다.
상기 제 1 내지 제 3 금속 분말은 Fe를 포함하는 합금으로 이루어지고, 상기 제 1 내지 제 3 금속 분말의 적어도 하나는 Fe 함량이 다르다.
상기 제 2 및 제 3 금속 분말은 상기 Fe 함량이 상기 제 1 금속 분말보다 많다.
상기 제 1 내지 제 3 금속 분말과 조성이 다른 제 4 금속 분말을 더 포함한다.
상기 제 1 내지 제 3 금속 분말은 Fe, Si, Cr을 포함하고, 상기 제 4 금속 분말은 Si 및 Cr을 포함하지 않는다.
상기 제 2 금속 분말은 상기 Si 함량이 상기 제 3 금속 분말보다 많고, 상기 Cr 함량이 상기 제 3 금속 분말보다 적다.
상기 제 1 내지 제 4 금속 분말의 적어도 하나는 결정질이고 나머지는 비정질이다.
상기 기재는 적어도 일부 영역이 제거되고, 제거된 영역에 상기 바디가 충진된다.
상기 기재는 상기 코일 패턴 외측 영역의 전체가 제거되어 상기 바디의 측면에 대해 볼록한 만곡면으로 형성된다.
상기 기재의 일면 및 타면에 형성된 상기 코일 패턴은 동일 높이로 형성되며, 상기 기재의 두께 대비 2.5배 이상 높게 형성된다.
상기 코일 패턴은 상기 기재 상에 형성된 제 1 도금막과, 상기 제 1 도금막을 덮도록 형성된 제 2 도금막을 포함한다.
상기 코일 패턴은 적어도 일 영역이 다른 폭으로 형성된다.
상기 코일 패턴과 상기 바디 사이에 형성된 절연층을 더 포함하고,상기 절연층은 상기 코일 패턴의 상면 및 측면에 균일한 두께로 형성되며, 상기 기재 상에 상기 코일 패턴의 상면 및 측면과 동일 두께로 형성된다.
본 발명의 실시 예들에 따른 파워 인덕터는 바디가 금속 분말 및 폴리머로 이루어지고, 금속 분말은 평균 입도 분포가 다른 적어도 셋 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 금속 분말의 크기 변화에 따라 투자율을 조절할 수 있다.
또한, 바디 내에 열 전도성 필러를 더 포함시켜 바디의 열을 외부로 잘 방출할 수 있고, 그에 따라 바디의 가열에 따른 인덕턴스의 저하를 방지할 수 있다.
그리고, 코일 패턴 상에 파릴렌(parylene)을 코팅함으로써 코일 패턴 상에 균일한 두께의 절연층을 형성할 수 있고, 그에 따라 바디와 코일 패턴 사이의 절연성을 향상시킬 수 있다.
한편, 적어도 일 면에 코일 형상의 코일 패턴이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 기재가 바디 내에 마련됨으로써 하나의 바디 내에 복수의 코일을 형성할 수 있고, 그에 따라 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 결합 사시도.
도 2는 도 1의 A-A' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 분해 사시도 및 일부 평면도.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 파워 인덕터에 이용되는 금속 분말이 입도 분포도 및 SEM 사진.
도 10 및 도 11은 코일 패턴의 형상을 설명하기 위한 단면도.
도 12 및 도 13은 절연층 재료에 따른 파워 인덕터의 단면 사진.
도 14 내지 도 21은 본 발명의 실험 예들에 따른 투자율과 Q 팩터를 도시한 그래프.
도 22 및 도 23은 본 발명의 제 2 실시 예들에 따른 파워 인덕터의 단면도.
도 24는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도.
도 25 및 도 26은 도 24의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 27 및 도 28은 본 발명의 제 3 실시 예의 변형 예에 따른 도 9의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 29는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도.
도 30 및 도 31은 도 29의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 32은 도 29의 내부 평면도.
도 33은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도.
도 34 및 도 35은 도 33의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 분해 사시도이고, 도 4는 기재 및 코일 패턴의 평면도이다. 그리고, 도 5 내지 도 9는 본 발명의 파워 인덕터에 이용되는 금속 분말의 입도 분포를 나타낸 그래프 및 SEM 사진이다. 또한, 도 10은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 코일 패턴의 일 실시 예에 따른 단면도이고, 도 11은 코일 패턴의 일부 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100a, 100b; 100)와, 바디(100) 내부에 마련된 기재(200)와, 기재(200)의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320; 300)과, 바디(100) 외부에 마련된 외부 전극(410, 420; 400)을 포함할 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)과 바디(100) 사이에 형성된 절연층(500)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 도시되지 않았지만 바디(100)의 적어도 일 표면에 형성된 표면 개질 부재를 더 포함할 수 있다.
1. 바디
바디(100)는 육면체 형상일 수 있다. 물론, 바디(100)는 육면체 이외의 다면체 형상을 가질 수 있다. 이러한 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120)를 포함하고, 열 전도성 필러를 더 포함할 수 있다.
1.1. 금속 분말
금속 분말(110)은 평균 크기, 즉 평균 입경이 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 또한, 금속 분말(110)은 동일 크기의 단일 입자 또는 2종 이상의 입자를 이용할 수도 있고, 복수의 크기를 갖는 단일 입자 또는 2종 이상의 입자를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 20㎛∼100㎛의 평균 입경을 갖는 제 1 금속 분말과, 2㎛∼20㎛의 평균 입경을 갖는 제 2 금속 분말과, 1∼10㎛의 평균 입경을 갖는 제 3 금속 분말을 혼합하여 이용할 수 있다. 즉, 금속 분말(110)은 도 5에 도시된 바와 같은 입자 크기의 평균값 또는 입도 분포의 중간값(D50)이 20㎛∼100㎛인 제 1 금속 분말과, 도 6에 도시된 바와 같은 입자 크기의 평균값 또는 입도 분포의 중간값(D50)이 2㎛∼20㎛인 제 2 금속 분말과, 도 7에 도시된 바와 같은 입자 크기의 평균값 또는 입도 분포의 중간값(D50)이 1㎛∼10㎛인 제 3 금속 분말을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 금속 분말은 제 2 금속 분말보다 크고, 제 2 금속 분말은 제 3 금속 분말보다 클 수 있다. 즉, 제 1 금속 분말의 평균 입경을 A, 제 2 금속 분말의 평균 입경을 B, 그리고 제 3 금속 분말의 평균 입경을 C라 할 때, A:B:C는 20∼100:2∼20:1∼10일 수 있다. 예를 들어, A:B:C는 20:1.5:1일 수 있고, 10:1.5:1일 수 있다. 한편, 도 5 내지 도 7에는 제 1 내지 제 3 금속 분말의 입도 분포 및 SEM 사진을 도시하였다. 즉, 도 5 내지 도 7의 (a)는 제 1 내지 제 3 금속 분말의 입도 분포를 각각 나타낸 그래프이고, 도 5 내지 도 7의 (b)는 이러한 분포를 갖는 제 1 내지 제 3 금속 분말 각각의 SEM 사진이다. 여기서, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말은 동일 물질의 분말일 수 있고 다른 물질의 분말일 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말의 혼합 비율은 예를 들어 5∼9:0.5∼2.5:0.5∼2.5일 수 있고, 바람직하게는 7:1:2일 수 있다. 즉, 100wt%의 금속 분말(110)에 대하여 제 1 금속 분말이 50wt%∼90wt%, 제 2 금속 분말이 5wt%∼25wt%, 그리고 제 3 금속 분말이 5wt%∼25wt%로 혼합될 수 있다. 여기서, 제 1 금속 분말은 제 2 금속 분말보다 많이 포함되고, 제 2 금속 분말은 제 3 금속 분말보다 적거나 같거나 많이 포함될 수 있다. 바람직하게는, 금속 분말(110) 100wt%에 대하여 제 1 금속 분말이 70wt%, 제 2 금속 분말이 10wt%, 그리고 제 3 금속 분말이 20wt% 혼합될 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 3 금속 분말은 서로 다른 적어도 둘 이상의 금속 분말을 더 포함할 수 있다. 즉, 제 1 금속 분말은 서로 다른 크기를 갖는 둘 이상의 금속 분말을 포함할 수 있는데, 예를 들어 50㎛의 평균 입경을 갖는 제 1-1 금속 분말과, 30㎛의 평균 입경을 갖는 제 1-2 금속 분말을 포함할 수 있다. 또한, 여기에 40㎛의 평균 입경을 갖는 제 1-3 금속 분말을 더 포함할 수 있다. 물론, 제 2 및 제 3 금속 분말도 둘 이상의 크기를 갖는 금속 분말을 더 포함할 수 있다. 그리고, 제 1 내지 제 3 금속 분말은 시빙(sieving)을 실시하여 마련할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 금속 분말은 적어도 둘 이상의 평균 크기를 갖는 둘 이상의 금속 분말을 포함할 수 있는데, 적어도 하나를 시빙하여 마련할 수도 있다. 즉, 소정 크기의 개구를 갖는 메쉬, 즉 체를 이용하여 금속 분말을 거르고 개구의 크기 이상의 금속 분말을 이용할 수 있다. 예를 들어, 50㎛의 개구를 갖는 체를 이용하여 금속 분말을 체거름하여 50㎛ 이상의 크기를 갖는 금속 분말을 이용할 수 있다. 도 8의 (a)에는 체거름하여 입도 분포의 중간값(D50)이 55㎛인 금속 분말의 입도 분포를 도시하였고, 도 8의 (b)에는 이때의 SEM 사진을 도시하였다. 따라서, 예를 들어 40㎛∼55㎛의 평균 입경을 갖는 제 1-1 금속 분말과, 20㎛∼30㎛의 평균 입경을 갖는 제 1-2 금속 분말을 포함하는 제 1 금속 분말의 경우 제 1-1 금속 분말을 시빙을 실시하여 마련할 수 있고, 제 1-2 금속 분말은 시빙을 실시하지 않고 마련할 수 있다. 시빙을 실시한 제 1-1 금속 분말과 시빙을 실시하지 않은 제 1-2 금속 분말은 예를 들어 0∼8:0∼8의 비율로 혼합될 수 있다. 즉, 금속 분말 100wt%에 대하여 시빙을 실시한 제 1-1 금속 분말이 0wt%∼80wt%로 혼합될 수 있고, 시빙을 실시하지 않은 제 1-2 금속 분말이 80wt%∼0wt%로 혼합될 수 있다. 이때, 제 1-1 금속 분말과 제 1-2 금속 분말의 합은 80wt%일 수 있고, 나머지는 제 2 및 제 3 금속 분말의 적어도 어느 하나일 수 있다.
한편, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말은 철(Fe)를 포함하는 금속 물질을 이용할 수 있는데, 예를 들어 철-니켈(Fe-Ni), 철-니켈-규소(Fe-Ni-Si), 철-알루미늄-규소(Fe-Al-Si) 및 철-알루미늄-크롬(Fe-Al-Cr)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말은 Fe를 80% 이상 함유하고 나머지가 다른 물질일 수 있다. 즉, 금속 분말은 100wt%에 대하여 Fe가 80wt% 이상이고, 나머지가 Fe 이외의 다른 물질일 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말은 적어도 어느 하나가 물질의 혼합율이 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말은 Fe, Si, Cr의 합금일 수 있고, 제 1 금속 분말의 Fe 함량이 제 2 및 제 3 금속 분말의 Fe 함량보다 적거나 많을 수 있다. 예를 들어, 제 1 금속 분말은 Fe, Si, Cr이 각각 80∼90:5∼10:1∼5의 비율로 혼합될 수 있고, 제 2 및 제 3 금속 분말은 Fe, Si, Cr이 각각 90∼95:4∼6:2∼4의 비율로 혼합될 수 있다. 여기서, 비율은 wt%일 수 있다. 즉, 제 1 금속 분말은 100wt%에 대하여 Fe, Si, Cr이 각각 80∼90wt%, 5∼10wt% 및 1∼5wt%일 수 있고, 나머지는 불순물일 수 있다. 또한, 제 2 및 제 3 금속 분말은 100wt%에 대하여 Fe, Si, Cr이 각각 90∼95wt%, 4∼6wt% 및 2∼4wt%일 수 있고, 나머지는 불순물일 수 있다. 즉, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말은 Fe가 Si보다 많이 함유될 수 있고, Si가 Cr보다 많이 함유될 수 있다. 또한, 제 2 및 제 3 금속 분말은 Fe, Si, Cr의 함량이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제 2 금속 분말은 제 3 금속 분말에 비해 Fe 및 Si의 함량이 많을 수 있고, Cr의 함량이 적을 수 있다.
또한, 철을 포함하고, 제 1 내지 제 3 금속 분말과 다른 조성을 갖는 제 4 금속 분말을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 4 금속 분말은 Fe, C, O, P 등의 포함하는 조성으로 이루어질 수 있다. 이때, Fe는 85% 내지 90% 함유되고, 나머지가 10% 내지 15% 함유될 수 있다. 즉, Fe, C, O, P의 혼합물의 함량이 100wt%일 때 Fe가 85wt% 내지 90wt%이고, 나머지가 10wt% 내지 15wt%일 수 있다. 이러한 제 4 금속 분말의 입도 분포를 도 9의 (a)에 도시하였고, 이때의 SEM 사진을 도 9의 (b)에 도시하였다. 따라서, 금속 분말(110)은 제 1 내지 제 3 금속 분말을 포함할 수도 있고, 제 1, 제 2 및 제 4 금속 분말을 포함할 수도 있으며, 제 1 내지 제 4 금속 분말을 포함할 수도 있다. 여기서, 제 4 금속 분말은 제 3 금속 분말과 동일 범위의 크기 및 함량을 가질 수 있고, 제 3 금속 분말보다 작은 크기 및 함량을 가질 수 있다. 즉, 제 3 금속 분말 대신에 제 4 금속 분말을 이용하여 금속 분말(110)이 제 1, 제 2 및 제 4 금속 분말을 포함할 경우 제 4 금속 분말은 1∼10㎛의 평균 입경을 갖고 5wt%∼25wt%로 혼합될 수 있다. 그러나, 금속 분말(110)이 제 1 내지 제 4 금속 분말을 포함하는 경우 제 4 금속 분말은 평균 입경, 즉 입도 분포의 평균값(D50)이 예를 들어 0.5㎛∼5㎛일 수 있고, 1wt%∼10wt%로 혼합될 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 4 금속 분말을 포함하는 금속 분말(110) 100wt%에 대하여 제 1 금속 분말이 50wt%∼90wt%, 제 2 금속 분말이 5wt%∼25wt%, 제 3 금속 분말이 5wt%∼25wt%, 그리고 제 4 금속 분말이 1wt%∼10wt%로 포함될 수 있다. 한편, 제 1 내지 제 4 금속 분말의 적어도 하나는 결정질이고 나머지는 비정질일 수 있다. 물론, 제 1 내지 제 4 금속 분말의 적어도 하나는 비정질이고 나머지는 결정질일 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 금속 분말은 비정질이고, 제 4 금속 분말은 결정질일 수 있다.
이렇게 금속 분말(110)이 크기가 서로 다른 2종 이상의 금속 분말(110)을 이용할 경우 바디(100)의 충진율을 높일 수 있어 용량을 최대한으로 구현할 수 있다. 예를 들어, 30㎛의 금속 분말을 이용할 경우 30㎛의 금속 분말 사이에는 공극이 발생할 수 있고, 그에 따라 충진율이 낮아질 수 밖에 없다. 그러나, 30㎛의 금속 분말 사이에 이보다 크기가 작은 3㎛의 금속 분말을 혼합하여 이용함으로써 바디(110) 내의 금속 분말의 충진율을 높일 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 서로 다른 크기를 갖는 적어도 둘 이상의 금속 분말(110)을 이용함으로써 금속 분말의 사이즈에 따라 투자율을 조절할 수 있다. 즉, 평균 입경이 큰 금속 분말을 이용하고 혼합 비율을 증가시킬수록 투자율을 증가시킬 수 있고, 시빙함으로써 투자율을 더욱 증가시킬 수 있다.
또한, 금속 분말(110)은 표면이 자성체로 코팅될 수 있는데, 금속 분말(110)과 투자율이 상이한 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 자성체는 금속 산화물 자성체를 포함할 수 있는데, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 이용할 수 있다. 즉, 금속 분말(110)의 표면에 코팅되는 자성체는 철을 포함하는 금속 산화물로 형성될 수 있으며, 금속 분말(110)보다 높은 투자율을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 금속 분말(110)이 자성을 띄기 때문에 금속 분말(110)이 서로 접촉하면 절연이 파괴되고 쇼트가 발생될 수 있다. 따라서, 금속 분말(110)은 표면이 적어도 하나의 절연체로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 금속 분말(110)은 표면이 산화물로 코팅될 수 있고, 파릴렌(parylene) 등의 절연성 고분자 물질로 코팅될 수 있는데, 파릴렌으로 코팅되는 것이 바람직하다. 파릴렌은 1㎛∼10㎛의 두께로 코팅될 수 있다. 여기서, 파릴렌이 1㎛ 미만의 두께로 형성되면 금속 분말(110)의 절연 효과가 저하될 수 있고, 10㎛를 초과하는 두께로 형성하면 금속 분말(110)의 사이즈가 증가하여 바디(100) 내의 금속 분말(110)의 분포가 줄어들어 투자율이 낮아질 수 있다. 또한, 파릴렌 이외에도 다양한 절연성 고분자 물질을 이용하여 금속 분말(110)의 표면을 코팅할 수 있다. 한편, 금속 분말(110)을 코팅하는 산화물은 금속 분말(110)을 산화시켜 형성할 수도 있고, TiO2, SiO2, ZrO2, SnO2, NiO, ZnO, CuO, CoO, MnO, MgO, Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, B2O3 및 Bi2O3로부터 선택된 하나가 코팅될 수도 있다. 여기서, 금속 분말(110)은 이중 구조의 산화물로 코팅될 수 있고, 산화물 및 고분자 물질의 이중 구조로 코팅될 수 있다. 물론, 금속 분말(110)은 표면이 자성체로 코팅된 후 절연체로 코팅될 수도 있다. 이렇게 금속 분말(110)의 표면이 절연체로 코팅됨으로써 금속 분말(110) 사이의 접촉에 의한 쇼트를 방지할 수 있다. 이때, 산화물, 절연성 고분자 물질 등으로 금속 분말(110)을 코팅하거나 자성체 및 절연체의 이중으로 코팅되는 경우에도 1㎛∼10㎛의 두께로 코팅될 수 있다.
1.2. 폴리머
폴리머(120)는 금속 분말(110) 사이를 절연시키기 위해 금속 분말(110)과 혼합될 수 있다. 즉, 금속 분말(110)은 고주파에서의 와전류 손실이 높아지는 문제점이 발생할 수 있는데, 이러한 재료의 손실을 감소시키기 위해 금속 분말(110) 사이를 절연하는 폴리머(120)를 포함시킬 수 있다. 이러한 폴리머(120)는 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystalline Polymer, LCP)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 폴리머(120)는 금속 분말(110) 사이에 절연성을 제공하는 것으로 열경화성 수지로 이루어질 수 있다. 열경화성 수지로는 예를 들어 노볼락 에폭시 수지(Novolac Epoxy Resin), 페녹시형 에폭시 수지(Phenoxy Type Epoxy Resin), 비피에이형 에폭시 수지(BPA Type Epoxy Resin), 비피에프형 에폭시 수지(BPF Type Epoxy Resin), 하이드로네이트 비피에이 에폭시 수지(Hydrogenated BPA Epoxy Resin), 다이머산 개질 에폭시 수지(Dimer Acid Modified Epoxy Resin), 우레탄 개질 에폭시 수지(Urethane Modified Epoxy Resin), 고무 개질 에폭시 수지(Rubber Modified Epoxy Resin) 및 디씨피디형 에폭시 수지(DCPD Type Epoxy Resin)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 폴리머(120)는 금속 분말 100wt%에 대하여 2.0wt% 내지 5.0wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 그런데, 폴리머(120)의 함량이 증가할 경우 금속 분말(110)의 부피 분율이 저하되어 포화자화 값을 높이는 효과가 제대로 구현되지 않을 수 있고, 바디(100)의 투자율을 저하시킬 수 있다. 반대로, 폴리머(120)의 함량이 감소하는 경우 인덕터의 제조 과정에서 사용되는 강산 또는 강염기 용액 등이 내부로 침투하여 인덕턴스 특성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 폴리머(120)는 금속 분말(110)의 포화자화 값 및 인덕턴스를 저하시키지 않도록 하는 범위에서 포함될 수 있다.
1.2. 열 전도성 필러
한편, 바디(100)는 외부의 열에 의해 바디(100)가 가열되는 문제를 해결하기 위해 열 전도성 필러(미도시)가 포함될 수 있다. 즉, 외부의 열에 의해 바디(100)의 금속 분말(110)이 가열될 수 있는데, 열 전도성 필러가 포함됨으로써 금속 분말(110)의 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 이러한 열 전도성 필러는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 카본 계열의 물질은 탄소를 포함하며 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 흑연, 카본 블랙, 그래핀, 그라파이트 등이 포함될 수 있다. 또한, 열 전도성 필러는 금속 분말(110) 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 열 전도성 필러의 함량이 상기 범위 미만일 경우 열 방출 효과를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과할 경우 금속 분말(110)의 함량이 낮아져 바디(100)의 투자율을 저하시키게 된다. 그리고, 열 전도성 필러는 예를 들어 0.5㎛ 내지 100㎛의 크기를 가질 수 있다. 즉, 열 전도성 필러는 금속 분말(110)의 크기와 동일하거나, 이보다 크거나 작은 크기를 가질 수 있다. 열 전도성 필러는 크기와 함량에 따라 열 방출 효과가 조절될 수 있다. 예를 들어, 열 전도성 필러의 크기가 크고 함량이 증가할수록 열 방출 효과가 높을 수 있다. 한편, 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러를 포함하는 재료로 이루어진 복수 개의 시트를 적층하여 제작될 수 있다. 여기서, 복수의 시트를 적층하여 바디(100)를 제작할 경우 각 시트의 열 전도성 필러의 함량은 다를 수 있다. 예를 들어, 기재(200)를 중심으로 상측 및 하측으로 멀어질수록 시트 내의 열 전도성 필러의 함량은 증가할 수 있다. 또한, 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하여 형성하거나, 이러한 페이스트를 틀에 넣어서 압착하는 방법 등 필요에 따라 다양한 방법이 적용되어 형성될 수 있다. 이때, 바디(100)를 형성하기 위해 적층되는 시트의 개수 또는 일정 두께로 인쇄되는 페이스트의 두께는 파워 인덕터에서 요구되는 인덕턴스 등의 전기적 특성을 고려하여 적정한 수나 두께로 결정될 수 있다. 한편, 기재(200)를 사이에 두고 그 상측 및 하측에 마련된 바디(100a, 100b)는 기재(200)를 통해 서로 연결될 수 있다. 즉, 기재(200)의 적어도 일부가 제거되고 제거된 부분에 바디(100)의 일부가 충진될 수 있다. 이렇게 기재(200)의 적어도 일부가 제거되고 그 부분에 바디(100)가 충진됨으로써 기재(200)의 면적을 줄이고 동일 부피에서 바디(100)의 비율을 증가시킴으로써 파워 인덕터의 투자율을 증가시킬 수 있다.
2. 기재
기재(200)는 바디(100)의 내부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 기재(200)는 바디(100) 내부에 바디(100)의 장축 방향, 즉 외부 전극(400) 방향으로 마련될 수 있다. 또한, 기재(200)는 하나 이상으로 마련될 수 있는데, 예를 들어 둘 이상의 기재(200)가 외부 전극(400)이 형성된 방향과 직교하는 방향, 예를 들어 수직 방향으로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 물론, 둘 이상의 기재가 외부 전극(400)이 형성된 방향으로 배열될 수도 있다. 이러한 기재(200)는 소정 두께의 베이스 상부 및 하부에 금속 포일이 부착된 형태로 마련될 수 있다. 여기서, 베이스는 예를 들어 유리 강화 섬유, 플라스틱, 금속 자성체 등을 포함할 수 있다. 즉, 유리 강화 섬유에 구리 포일을 접합한 구리 클래드 라미네이션(Copper Clad Lamination; CCL)을 기재(200)로 이용할 수 있고, 폴리이미드 등의 플라스틱에 구리 포일이 접합되거나 금속 자성체에 구리 포일이 접합되어 기재(200)가 제작될 수 있다. 이때, 기재(200)는 금속 자성체로 제작됨으로써 투자율을 증가시키고 용량 구현을 용이하게 할 수 있다. 즉, CCL은 유리 강화 섬유에 구리 포일(foil)을 접합하여 제작되는데, 이러한 CCL은 투자율을 갖기 않기 때문에 파워 인덕터의 투자율을 저하시킬 수 있다. 그러나, 금속 자성체를 기재(200)로 이용하게 되면 금속 자성체가 투자율을 가지기 때문에 파워 인덕터의 투자율을 저하시키지 않게 된다. 이러한 금속 자성체를 이용한 기재(200)는 철을 함유하는 금속, 예를 들어 철-니켈(Fe-Ni), 철-니켈-규소(Fe-Ni-Si), 철-알루미늄-규소(Fe-Al-Si) 및 철-알루미늄-크롬(Fe-Al-Cr)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 이루어진 소정 두께의 판 형상의 베이스에 구리 포일을 접합시켜 제작될 수 있다. 즉, 철을 포함하여 적어도 하나의 금속으로 이루어진 합금을 소정 두께의 판 형상으로 제작하고, 금속판의 적어도 일면에 구리 포일을 접합함으로써 기재(200)가 제작될 수 있다.
또한, 기재(200)의 소정 영역에는 적어도 하나의 도전성 비아(210)가 형성될 수 있고, 도전성 비아(210)에 의해 기재(200)의 상측 및 하측에 각각 형성되는 코일 패턴(310, 320)이 전기적으로 연결될 수 있다. 도전성 비아(210)는 기재(200)에 두께 방향을 따라 관통하는 비아(미도시)를 형성한 후 코일 패턴(300) 형성 시 도금 공정에 의해 비아가 매립되도록 하거나, 비아에 도전성 페이스트를 매립하는 등의 방법으로 형성할 수 있다. 그러나, 코일 패턴(300) 형성 시 도금에 의해 비아를 매립하는 것이 바람직하다. 이때, 도전성 비아(210)로부터 코일 패턴(310, 320)의 적어도 하나가 성장될 수 있고, 그에 따라 도전성 비아(210)와 코일 패턴(310, 320)의 적어도 하나가 일체로 형성될 수 있다. 또한, 기재(200)는 적어도 일부가 제거될 수 있다. 즉, 기재(200)는 적어도 일부가 제거될 수도 있고, 제거되지 않을 수도 있다. 바람직하게, 기재(200)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 코일 패턴(310, 320)과 중첩되는 영역을 제외한 나머지 영역이 제거될 수 있다. 예를 들어, 스파이럴 형상으로 형성되는 코일 패턴(310, 320)의 내측에 기재(200)가 제거되어 관통홀(220)이 형성될 수 있고, 코일 패턴(310, 320) 외측의 기재(200)가 제거될 수 있다. 즉, 기재(200)는 코일 패턴(310, 320)의 외측 형상을 따라 예컨데 레이스트랙(racetrack) 형상을 가지고 외부 전극(400)과 대향되는 영역이 코일 패턴(310, 320) 단부의 형상을 따라 직선 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 기재(200)의 외측은 바디(100)의 가장자리에 대하여 만곡한 형상으로 마련될 수 있다. 이렇게 기재(200)가 제거된 부분에는 도 4에 도시된 바와 같이 바디(100)가 충진될 수 있다. 즉, 기재(200)의 관통홀(220)을 포함한 제거된 영역을 통해 상측 및 하측의 바디(100a, 100b)가 서로 연결된다. 한편, 기재(200)가 금속 자성체로 제작되는 경우 기재(200)가 바디(100)의 금속 분말(110)과 접촉될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기재(200)의 측면에는 파릴렌 등의 절연층(500)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통홀(220)의 측면 및 기재(200)의 외측면에 절연층(500)이 형성될 수 있다. 한편, 기재(200)는 코일 패턴(310, 320)보다 넓은 폭으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 기재(200)는 코일 패턴(310, 320)의 수직 하방에서 소정의 폭으로 잔류할 수 있는데, 예를 들어 기재(200)는 코일 패턴(310, 320)보다 0.3㎛ 정도 돌출되도록 형성될 수 있다. 한편, 기재(200)는 코일 패턴(310, 320) 내측 영역 및 외측 영역이 제거되어 바디(100)의 횡단면의 면적보다 작을 수 있다. 예를 들어, 바디(100)의 횡단면의 면적을 100으로 할 때, 기재(200)는 40 내지 80의 면적 비율로 마련될 수 있다. 기재(200)의 면적 비율이 높으면 바디(100)의 투자율이 낮아질 수 있고, 기재(200)의 면적 비율이 낮으면 코일 패턴(310, 320)의 형성 면적이 작아질 수 있다. 따라서, 바디(100)의 투자율, 코일 패턴(310, 320)의 선폭 및 턴수 등을 고려하여 기재(200)의 면적 비율을 조절할 수 있다.
3. 코일 패턴
코일 패턴(310, 320; 300)은 기재(200)의 적어도 일면, 바람직하게는 양면에 형성될 수 있다. 이러한 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 소정 영역, 예를 들어 중앙부로부터 외측 방향으로 스파이럴 형태로 형성될 수 있고, 기재(200) 상에 형성된 두 코일 패턴(310, 320)이 연결되어 하나의 코일을 이룰 수 있다. 즉, 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 중심부에 형성된 관통홀(220) 외측으로부터 스파이럴 형태로 형성될 수 있고, 기재(200)에 형성된 전도성 비아(210)를 통해 서로 연결될 수 있다. 여기서, 상측의 코일 패턴(310)과 하측의 코일 패턴(320)은 서로 동일 형상으로 형성될 수 있고 동일 높이로 형성될 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)은 서로 중첩되게 형성될 수도 있고, 코일 패턴(310)이 형성되지 않은 영역에 중첩되도록 코일 패턴(320)이 형성될 수도 있다. 한편, 코일 패턴(310, 320)의 단부는 직선 형상으로 외측으로 연장 형성될 수 있는데, 바디(100)의 단변 중앙부를 따라 연장 형성될 수 있다. 그리고, 코일 패턴(310, 320)의 외부 전극(400)과 접촉되는 영역은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 다른 영역에 비해 폭이 넓게 형성될 수 있다. 코일 패턴(310, 320)의 일부, 즉 인출부가 넓은 폭으로 형성됨으로써 코일 패턴(310, 320)과 외부 전극(400)의 접촉 면적을 증가시킬 수 있고 그에 따라 저항을 낮출 수 있다. 물론, 코일 패턴(310, 320)이 외부 전극(400)이 형성되는 일 영역에서 외부 전극(400)의 폭 방향으로 연장 형성될 수도 있다. 이때, 코일 패턴(310, 320)의 말단부, 즉 외부 전극(400)으로 향하여 인출되는 인출부는 바디(100)의 측면 중앙부를 향해 직선 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 이러한 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)에 형성된 도전성 비아(210)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 코일 패턴(310, 320)은 예를 들면 후막 인쇄, 도포, 증착, 도금 및 스퍼터링 등의 방법을 통하여 형성할 수 있는데, 도금으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 코일 패턴(310, 320) 및 도전성 비아(210)는 은(Ag), 구리(Cu) 및 구리 합금 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 코일 패턴(310, 320)을 도금 공정으로 형성하는 경우 예를 들어 기재(200) 상에 도금 공정으로 금속층, 예를 들어 구리층을 형성하고, 리소그라피 공정으로 패터닝할 수 있다. 즉, 기재(200)의 표면에 형성된 구리 포일을 시드층으로 구리층을 도금 공정으로 형성하고 이를 패터닝함으로써 코일 패턴(310, 320)을 형성할 수 있다. 물론, 기재(200) 상에 소정 형상의 감광막 패턴을 형성한 후 도금 공정을 실시하여 노출된 기재(200) 표면으로부터 금속층을 성장시킨 후 감광막을 제거함으로써 소정 형상의 코일 패턴(310, 320)을 형성할 수도 있다. 한편, 코일 패턴(310, 320)은 다층으로 형성될 수도 있다. 즉, 기재(200)의 상측에 형성된 코일 패턴(310)의 상측으로 복수의 코일 패턴이 더 형성될 수 있고, 기재(200)의 하측에 형성된 코일 패턴(320)의 하측으로 복수의 코일 패턴이 더 형성될 수도 있다. 코일 패턴(310, 320)이 다층으로 형성될 경우 하층과 상층 사이에 절연층이 형성되고, 절연층에 도전성 비아(미도시)가 형성되어 다층 코일 패턴이 연결될 수 있다. 한편, 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 두께보다 2.5배 이상 높게 형성될 수 있다. 예를 들어, 기재(200)가 10㎛∼50㎛의 두께로 형성되고 코일 패턴(310, 320)이 50㎛∼300㎛의 높이로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코일 패턴(310, 320)은 이중 구조로 형성될 수 있다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 도금막(300a)과, 제 1 도금막(300a)을 덮도록 형성된 제 2 도금막(300b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 도금막(300b)은 제 1 도금막(300a)의 상면 및 측면을 덮도록 형성되는데, 제 1 도금막(300a)의 측면보다 상면에 더 두껍게 제 2 도금막(300b)이 형성될 수 있다. 한편, 제 1 도금막(300a)은 측면이 소정의 경사를 갖도록 형성되고, 제 2 도금막(300b)은 측면이 제 1 도금막(300a)의 측면보다 적은 경사를 갖도록 형성된다. 즉, 제 1 도금막(300a)은 측면이 제 1 도금막(300a) 외측의 기재(200)의 표면으로부터 둔각을 갖도록 형성되고, 제 2 도금막(300b)은 제 1 도금막(300a)보다 작은 각도, 바람직하게는 직각을 갖도록 형성된다. 제 1 도금막(300a)은 도 11에 도시된 바와 같이 상부면의 폭(a)과 하부면의 폭(b)의 비율이 0.2:1 내지 0.9:1이 되도록 형성될 수 있고, 바람직하게는 a:b가 0.4:1 내지 0.8:1이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 제 1 도금막(300a)은 하부면의 폭(b)과 높이(h)의 비율이 1:0.7 내지 1:4가 되도록 형성될 수 있고, 바람직하게는 1:1 내지 1:2가 되도록 형성될 수 있다. 즉, 제 1 도금막(300a)은 하부면으로부터 상부면으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되고, 그에 따라 측면에 소정의 경사가 형성될 수 있다. 제 1 도금막(300a)이 소정의 경사를 갖도록 하기 위해 1차 도금 공정 후 식각 공정을 실시할 수 있다. 또한, 제 1 도금막(300a)을 덮도록 형성된 제 2 도금막(300b)은 측면이 바람직하게는 수직하고 상부면과 측면 사이에 라운드한 영역이 적은 대략 사각형의 형태를 갖도록 형성된다. 이때, 제 2 도금막(300b)은 제 1 도금막(300a)의 상부면의 폭(a)과 하부면의 폭(b)의 비율, 즉 a:b에 따라 그 형상이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 도금막(300a)의 상부면의 폭(a)과 하부면의 폭(b)의 비율(a:b)의 비율이 클수록 제 2 도금막(300b)의 상부면의 폭(c)과 하부면의 폭(d)이 비율이 커진다. 그러나, 제 1 도금막(300a)의 상부면의 폭(a)과 하부면의 폭(b)의 비율(a:b)이 0.9:1을 초과하는 경우 제 2 도금막(300b)은 하부면의 폭보다 상부면의 폭이 더 넓어지고 측면이 기재(200)와 예각을 이룰 수 있다. 또한, 제 1 도금막(300a)의 상부면의 폭과 하부면의 폭의 비율(a:b)이 0.2:1 미만의 경우 제 2 도금막(300b)은 측면의 소정 영역으로부터 상부면이 둥글게 형성될 수 있다. 따라서, 상부면의 폭이 크고 측면이 수직하게 형성될 수 있도록 제 1 도금막(300a)의 상부면과 하부면의 폭의 비율을 조절하는 것이 바람직하다. 한편, 제 1 도금막(300a)의 하부면의 폭(b)과 제 2 도금막(300b)의 하부면의 폭(d)은 1:1.2 내지 1:2의 비율을 가질 수 있고, 제 1 도금막(300a)의 하부면의 폭(b)과 인접한 제 1 도금막(300a) 사이의 간격(e)은 1.5:1 내지 3:1의 비율을 가질 수 있다. 물론, 제 2 도금막(300b)은 서로 접촉되지 않는다. 이렇게 제 1 및 제 2 도금막(300a, 300b)으로 이루어진 코일 패턴(300)은 상부면과 하부면의 폭의 비(c:d)가 0.5:1 내지 0.9:1일 수 있고, 바람직하게는 0.6:1 내지 0.8:1일 수 있다. 즉, 코일 패턴(300)의 외형, 다시 말하면 제 2 도금막(300b)의 외형은 상부면과 하부면의 폭의 비가 0.5 내지 0.9:1일 수 있다. 따라서, 코일 패턴(300)은 상부면의 모서리의 라운드한 영역이 직각을 이루는 이상적인 사각 형태 대비 0.5 미만일 수 있다. 예를 들어, 라운드한 영역이 직각을 이루는 이상적인 사각 형태 대비 0.001 이상 0.5 미만일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 코일 패턴(300)은 이상적인 사각형의 형태에 비해 저항 변화가 크지 않다. 예를 들어, 이상적인 사각형 형태의 코일 패턴의 저항이 100이라면 본 발명에 따른 코일 패턴(300)은 101 내지 110 정도를 유지할 수 있다. 즉, 제 1 도금막(300a)의 형상 및 그에 따라 변화되는 제 2 도금막(300b)의 형상에 따라 본 발명의 코일 패턴(300)의 저항은 사각 형상의 이상적인 코일 패턴의 저항에 비해 101% 내지 110% 정도를 유지할 수 있다. 한편, 제 2 도금막(300b)은 제 1 도금막(300a)과 동일 도금액을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 1차 및 2차 도금막(300a, 300b)은 황산구리와 황산을 기본으로 하는 도금액을 사용하며, ppm 단위의 염소(Cl)와 유기 화합물을 첨가하여 제품의 도금성을 향상시킨 도금액을 이용하여 형성할 수 있다. 유기 화합물은 PEG(PolyEthylene Glycol)을 포함한 캐리어와 광택제를 사용하여 도금막의 균일성과 전착성, 그리고 광택 특성을 개선할 수 있다.
또한, 코일 패턴(300)은 적어도 둘 이상의 도금층이 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 각각의 도금층은 측면이 수직하며 동일 형상 및 두께로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 코일 패턴(300)은 시드층 상에 도금 공정으로 형성될 수 있는데, 시드층 상에 예를 들어 세개의 도금층이 적층되어 형성될 수 있다. 이러한 코일 패턴(300)은 이방성 도금 공정으로 형성되며, 종횡비가 2∼10 정도로 형성될 수 있다.
또한, 코일 패턴(300)은 최내주로부터 최외주로 갈수록 폭이 증가하는 형상으로 형성될 수도 있다. 즉, 스파이럴 형상의 코일 패턴(300)은 최내주로부터 최외주까지 n개의 패턴이 형성될 수 있는데, 예를 들어 4개의 패턴이 형성될 경우 최내주의 제 1 패턴으로부터 제 2 및 제 3 패턴, 그리고 최외주의 제 4 패턴으로 갈수록 패턴의 폭이 증가하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 패턴의 폭이 1일 경우, 제 2 패턴은 1 내지 1.5의 비율로 형성되고, 제 3 패턴은 1.2 내지 1.7의 비율로 형성되며, 제 4 패턴은 1.3 내지 2의 비율로 형성될 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 4 패턴은 1:1∼1.5:1.2∼1.7:1.3∼2의 비율로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제 2 패턴은 제 1 패턴의 폭과 같거나 크게 형성되고, 제 3 패턴은 제 1 패턴의 폭보다 크고 제 2 패턴의 폭과 같거나 크게 형성되며, 제 4 패턴은 제 1 및 제 2 패턴의 폭보다 크고 제 3 패턴의 폭과 같거나 크게 형성될 수 있다. 이렇게 최내주로부터 최외주로 갈수록 코일 패턴의 폭을 증가시키기 위해 시드층의 폭을 최내주로부터 최외주로갈수록 넓게 형성할 수 있다. 또한, 코일 패턴은 수직 방향으로 적어도 일 영역의 폭이 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 적어도 일 영역의 하단부, 중단부 및 상단부의 폭이 다르게 형성될 수도 있다.
4. 외부 전극
외부 전극(410, 420; 400)은 바디(100)의 서로 대향하는 두 면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(400)은 바디(100)의 장축 방향으로 서로 대향되는 두 측면에 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(400)은 바디(100)의 코일 패턴(310, 320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 외부 전극(400)은 바디(100)의 두 측면 전체에 형성되고, 두 측면의 중앙부에서 코일 패턴(310, 320)과 접촉될 수 있다. 즉, 코일 패턴(310, 320)의 단부가 바디(100)의 외측 중앙부로 노출되고 외부 전극(400)이 바디(100)의 측면에 형성되어 코일 패턴(310, 320)의 단부와 연결될 수 있다. 물론, 외부 전극(400)은 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면의 일부에 형성될 수도 있다. 이러한 외부 전극(400)은 도전성 페이스트에 바디(100)를 침지하거나, 인쇄, 증착, 도금 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 바디(100)의 양단에 형성될 수 있다. 외부 전극(400)은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 외부 전극(400)은 표면에 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(400)은 구리층, Ni 도금층 및 Sn 또는 Sn/Ag 도금층이 적층 형성될 수도 있다. 또한, 외부 전극(400)은 예를 들어 0.5%∼20%의 Bi2O3 또는 SiO2를 주성분으로 하는 다성분계의 글래스 프릿(Glass frit)을 금속 분말과 혼합하여 형성할 수 있다. 이때, 글래스 프릿과 금속 분말의 혼합물은 페이스트 형태로 제조되어 바디(100)의 두면에 도포될 수 있다. 이렇게 외부 전극(400)에 글래스 프릿이 포함됨으로써 외부 전극(400)과 바디(100)의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 코일 패턴(300)과 외부 전극(400)의 콘택 반응을 향상시킬 수 있다. 또한, 글래스가 포함된 도전성 페이스트가 도포된 후 그 상부에 적어도 하나의 도금층이 형성되어 외부 전극(400)이 형성될 수 있다. 즉, 글래스가 포함된 금속층과, 그 상부에 적어도 하나의 도금층이 형성되어 외부 전극(400)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(400)은 글래스 프릿과 Ag 및 Cu의 적어도 하나가 포함된 층을 형성한 후 전해 또는 무전해 도금을 통하여 Ni 도금층 및 Sn 도금층 순차적으로 형성할 수 있다. 이때, Sn 도금층은 Ni 도금층과 같거나 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 한편, 외부 전극(400)은 2㎛∼100㎛의 두께로 형성될 수 있으며, Ni 도금층이 1㎛∼10㎛의 두께로 형성되고, Sn 또는 Sn/Ag 도금층은 2㎛∼10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
5. 절연층
절연층(500)은 코일 패턴(310, 320)과 금속 분말(110)을 절연시키기 위해 코일 패턴(310, 320)과 바디(100) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 절연층(500)이 코일 패턴(310, 320)의 상면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 이때, 절연층(500)은 코일 패턴(310, 320)의 상면 및 측면에 거의 동일한 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(500)은 코일 패턴(310, 320)의 상면 및 측면에 1∼1.2:1 정도의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 코일 패턴(310, 320)은 상면은 측면보다 20% 정도 두껍게 형성되고, 바람직하게는 상면 및 측면은 동일 두께로 형성될 수 있다. 또한, 절연층(500)은 코일 패턴(310, 320)의 상면 및 측면 뿐만 아니라 기재(200)를 덮도록 형성될 수도 있다. 즉, 소정 영역이 제거된 기재(200)의 코일 패턴(310, 320)에 의해 노출된 영역, 즉 기재(200)의 표면 및 측면에도 절연층(500)이 형성될 수 있다. 기재(200) 상의 절연층(500)은 코일 패턴(310, 320) 상의 절연층(500)과 동일 두께로 형성될 수 있다. 즉, 기재(200) 상면의 절연층(500) 두께는 코일 패턴(310, 320) 상면의 절연층(500) 두께와 동일하게 형성되고, 기재(200) 측면의 절연층(500) 두께는 코일 패턴(310, 320) 측면의 절연층(500) 두께와 동일하게 형성될 수 있다. 이렇게 절연층(500)을 코일 패턴(310, 320) 및 기재(200) 상에 거의 균일한 두께로 형성하기 위해 파릴렌을 이용할 수 있다. 예를 들어, 코일 패턴(310, 320)이 형성된 기재(200)를 증착 챔버 내에 마련한 후 파릴렌을 기화시켜 진공 챔버 내부로 공급함으로써 코일 패턴(310, 320) 상에 파릴렌을 증착시킬 수 있다. 예를 들어, 파릴렌을 기화기(Vaporizer)에서 1차 가열하여 기화시켜 다이머(dimer) 상태로 만든 후 2차 가열하여 모노머(Monomer) 상태로 열분해시키고, 증착 챔버에 연결되어 구비된 콜드 트랩(Cold Trap)과 기계적 진공 펌프(Mechanical Vaccum Pump)를 이용하여 파릴렌을 냉각시키면 파릴렌은 모노머 상태에서 폴리머 상태로 변환되어 코일 패턴(310, 320) 상에 증착된다. 물론, 절연층(500)은 파릴렌 이외의 절연성 고분자, 예를 들어 에폭시, 폴리이미드 및 액정 결정성 폴리머로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 파릴렌을 코팅함으로써 코일 패턴(310, 320) 상에 균일한 두께로 절연층(500)을 형성할 수 있고, 얇은 두께로 형성하더라도 다른 물질에 비해 절연 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 절연층(500)으로서 파릴렌을 코팅하는 경우 폴리이미드를 형성하는 경우에 비해 얇은 두께로 형성하면서 절연 파괴 전압을 증가시켜 절연 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)의 패턴 사이의 간격에 따라 패턴 사이를 매립하여 균일한 두께로 형성되거나 패턴의 단차를 따라 균일한 두께로 형성될 수 있다. 즉, 코일 패턴(310, 320)의 패턴 사이의 간격이 멀 경우 패턴의 단차를 따라 균일한 두께로 파릴렌이 코팅될 수 있고, 패턴 사이의 간격이 가까울 경우 패턴 사이를 매립하여 코일 패턴(310, 320) 상에 소정 두께로 형성될 수 있다. 도 12는 폴리이미드를 절연층으로 형성한 파워 인덕터의 단면 사진이고, 도 13은 파릴렌을 절연층으로 형성한 파워 인덕터의 단면 사진이다. 도 13에 도시된 바와 같이 파릴렌의 경우 기재(200)와 코일 패턴(310, 320)의 단차를 따라 얇은 두께로 형성되지만, 도 12에 도시된 바와 같이 폴리이미드는 파릴렌에 비해 두꺼운 두께로 형성된다. 한편, 절연층(500)은 파릴렌을 이용하여 3㎛∼100㎛의 두께로 형성할 수 있다. 파릴렌이 3㎛ 미만의 두께로 형성되면 절연 특성이 저하될 수 있고, 100㎛를 초과하는 두께로 형성하는 경우 동일 사이즈 내에서 절연층(500)이 차지하는 두께가 증가하여 바디(100)의 체적이 작아지고 그에 따라 투자율이 저하될 수 있다. 물론, 절연층(500)은 소정 두께의 시트로 제작된 후 코일 패턴(310, 320) 상에 형성될 수 있다.
6. 표면 개질 부재
한편, 바디(100)의 적어도 일 표면에는 표면 개질 부재(미도시)가 형성될 수 있다. 이러한 표면 개질 부재는 외부 전극(400)을 형성하기 이전에 바디(100)의 표면에 예를 들어 산화물을 분포시켜 형성할 수 있다. 여기서, 산화물은 결정 상태 또는 비결정 상태로 바디(100)의 표면에 분산되어 분포될 수 있다. 표면 개질 부재는 도금 공정으로 외부 전극(400)을 형성할 때 도금 공정 이전에 바디(100) 표면에 분포될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 외부 전극(400)의 일부를 인쇄 공정으로 형성하기 이전에 분포시킬 수도 있고, 인쇄 공정 후 도금 공정을 실시하기 이전에 분포시킬 수도 있다. 물론, 인쇄 공정을 실시하지 않는 경우 표면 개질 부재를 분포시킨 후 도금 공정을 실시할 수 있다. 이때, 표면에 분포된 표면 개질 부재는 적어도 일부가 용융될 수 있다.
한편, 표면 개질 부재는 적어도 일부가 동일한 크기로 바디(100)의 표면에 고르게 분포될 수 있고, 적어도 일부가 서로 다른 크기로 불규칙하게 분포될 수도 있다. 또한, 바디(100)의 적어도 일부 표면에는 오목부가 형성될 수도 있다. 즉, 표면 개질 부재가 형성되어 볼록부가 형성되고 표면 개질 부재가 형성되지 않은 영역의 적어도 일부가 패여 오목부가 형성될 수도 있다. 이때, 표면 개질 부재는 적어도 일부가 바디(100)의 표면보다 깊이 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 소정 두께가 바디(100)의 소정 깊이로 박히고 나머지 두께가 바디(100)의 표면보다 높게 형성될 수 있다. 이때, 바디(100)에 박히는 두께는 산화물 입자의 평균 직경의 1/20 내지 1일 수 있다. 즉, 산화물 입자는 바디(100) 내부로 모두 함입될 수 있고, 적어도 일부가 함입될 수 있다. 물론, 산화물 입자는 바디(100)의 표면에만 형성될 수 있다. 따라서, 산화물 입자는 바디(100)의 표면에서 반구형으로 형성될 수도 있고, 구 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 표면 개질 부재는 상기한 바와 같이 바디(100)의 표면에 부분적으로 분포될 수도 있으며, 적어도 일 영역에 막 형태로 분포될 수도 있다. 즉, 산화물 입자가 바디(100)의 표면에 섬(island) 형태로 분포되어 표면 개질 부재가 형성될 수 있다. 즉, 바디(100) 표면에 결정 상태 또는 비결정 상태의 산화물이 서로 이격되어 섬 형태로 분포될 수 있고, 그에 따라 바디(100) 표면의 적어도 일부가 노출될 수 있다. 또한, 산화물은 표면 개질 부재는 적어도 둘 이상이 연결되어 적어도 일 영역에는 막으로 형성되고, 적어도 일부에는 섬 형태로 형성될 수 있다. 즉, 적어도 둘 이상의 산화물 입자가 응집되거나 인접한 산화물 입자가 연결되어 막 형태를 이룰 수 있다. 그러나, 산화물이 입자 상태로 존재하거나, 둘 이상의 입자가 응집되거나 연결된 경우에도 바디(100) 표면의 적어도 일부는 표면 개질 부재에 의해 외부로 노출된다.
이때, 표면 개질 부재의 총 면적은 바디(100) 표면 전체 면적의 예를 들어 5% 내지 90%일 수 있다. 표면 개질 부재의 면적에 따라 바디(100) 표면의 도금 번짐 현상이 제어될 수 있지만, 표면 개질 부재가 너무 많이 형성되면 바디(100) 내부의 도전 패턴과 외부 전극(400)의 접촉이 어려울 수 있다. 즉, 표면 개질 부재가 바디(100) 표면적의 5% 미만으로 형성될 경우 도금 번짐 현상의 제어가 어렵고, 90%를 초과하여 형성될 경우 바디(100) 내부의 도전 패턴과 외부 전극(400)이 접촉되지 않을 수 있다. 따라서, 표면 개질 부재는 도금 번짐 현상을 제어할 수 있고 바디(100) 내부의 도전 패턴과 외부 전극(400)의 접촉될 수 있는 정도의 면적으로 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 표면 개질 부재는 바디(100) 표면적의 10% 내지 90%로 형성될 수 있고, 바람직하게는 30% 내지 70%의 면적으로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40% 내지 50%의 면적으로 형성될 수 있다. 이때, 바디(100)의 표면적은 일 면의 표면적일 수도 있고, 육면체를 이루는 바디(100)의 여섯면의 표면적일 수도 있다. 한편, 표면 개질 부재는 바디(100) 두께의 10% 이하의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 바디(100) 두께의 0.01% 내지 10%의 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 표면 개질 부재는 0.1㎛∼50㎛의 크기로 존재할 수 있는데, 그에 따라 표면 개질 부재는 바디(100) 표면으로부터 0.1㎛∼50㎛의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 바디(100)의 표면보다 박힌 영역을 제외하고 바디(100) 표면으로부터 0.1㎛∼50㎛의 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 바디(100) 내측으로 박힌 두께를 포함하면 표면 개질 부재는 0.1㎛∼50㎛보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 표면 개질 부재가 바디(100) 두께의 0.01% 미만의 두께로 형성될 경우 도금 번짐 현상의 제어가 어렵고, 바디(100) 두께의 10%를 초과하는 두께로 형성될 경우 바디(100) 내부의 도전 패턴과 외부 전극(400)이 접촉되지 않을 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 바디(100)의 재료 특성(전도성, 반도성, 절연성, 자성체 등)에 따라 다양한 두께를 가질 수 있고, 산화물 분말의 크기, 분포량, 응집 여부에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.
이렇게 바디(100)의 표면에 표면 개질 부재가 형성됨으로써 바디(100)의 표면은 성분이 다른 적어도 두 영역이 존재할 수 있다. 즉, 표면 개질 부재가 형성된 영역과 형성되지 않은 영역은 서로 다른 성분이 검출될 수 있다. 예를 들어, 표면 개질 부재가 형성된 영역은 표면 개질 부재에 따른 성분, 즉 산화물이 존재할 수 있고, 형성되지 않은 영역은 바디(100)에 따른 성분, 즉 시트의 성분이 존재할 수 있다. 이렇게 도금 공정 이전에 바디(100)의 표면에 표면 개질 부재를 분포시킴으로써 바디(100) 표면에 거칠기를 부여하여 개질시킬 수 있다. 따라서, 도금 공정이 균일하게 실시될 수 있고, 그에 따라 외부 전극(400)의 형상을 제어할 수 있다. 즉, 바디(100)의 표면은 적어도 일 영역의 저항이 다른 영역의 저항과 다를 수 있는데, 저항이 불균일한 상태에서 도금 공정을 실시하면 도금층의 성장 불균일이 발생된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 바디(100)의 표면에 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물을 분산시켜 표면 개질 부재를 형성함으로써 바디(100)의 표면을 개질시킬 수 있고, 도금층의 성장을 제어할 수 있다.
여기서, 바디(100)의 표면 저항을 균일하게 하기 위한 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물은 예를 들어 Bi2O3, BO2, B2O3, ZnO, Co3O4, SiO2, Al2O3, MnO, H2BO3, Ca(CO3)2, Ca(NO3)2, CaCO3 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있다. 한편, 표면 개질 부재는 바디(100) 내의 적어도 하나의 시트 상에도 형성될 수 있다. 즉, 시트 상의 다양한 형상의 도전 패턴은 도금 공정으로 형성할 수도 있는데, 표면 개질 부재를 형성함으로써 도전 패턴의 형상을 제어할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터는 금속 분말(110)의 크기를 조절하여 투자율을 조절할 수 있다. 즉, 평균 입도가 서로 다른 적어도 셋 이상의 금속 분말(110)을 이용하여 바디(100)를 형성하며, 평균 입도가 큰 금속 분말(110)의 혼합량을 조절하므로써 바디(100)의 투자율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 파워 인덕터의 인덕턴스를 향상시킬 수 있다. 또한, 금속 분말(110) 및 폴리머(120) 뿐만 아니라 열 전도성 필러를 포함하여 바디(100)를 제작함으로써 금속 분말(110)의 가열에 의한 바디(100)의 열을 외부로 방출할 수 있어 바디(100)의 온도 상승을 방지할 수 있고, 그에 따라 인덕턴스 저하 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)과 바디(100) 사이에 파릴렌을 이용하여 절연층(500)을 형성함으로써 코일 패턴(310, 320)의 측면 및 상면에 얇고 균일한 두께로 절연층(500)을 형성하면서 절연 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 바디(100) 내부의 기재(200)을 금속 자성체로 형성함으로써 파워 인덕터의 투자율 감소를 방지할 수 있고, 기재(200)의 적어도 일부가 제거되고 그 부분에 바디(100)를 충진함으로써 투자율을 향상시킬 수 있다.
실험 예
본 발명에 의한 금속 분말에 따른 투자율 변화를 설명하기 위해 다음과 같은 실험을 실시하였다. 먼저, 본 발명의 실험을 위해 다양한 크기의 금속 분말을 준비하였다. 즉, 제 1 금속 분말을 다양한 크기로 준비하였고, 제 2 및 제 3 금속 분말을 준비하였다. 제 1 금속 분말은 평균 입도 분포가 D50 기준으로 55㎛, 40㎛, 31㎛ 및 23㎛로 준비하였다. 이때, 40㎛ 및 55㎛는 시빙하였으며, 그에 따라 40㎛ 및 55㎛ 이상의 평균 입도 분포를 갖는다. 또한, 제 2 및 제 3 금속 분말은 평균 입도 분포가 D50 기준으로 각각 3㎛ 및 1.5㎛로 준비하였다. 여기서, 제 1 및 제 2 금속 분말은 Fe, Si 및 Cr의 조성을 갖고 조성비가 다른 금속 분말을 마련하였고, 제 3 금속 분말은 Fe, C, O, P 등의 조성을 갖는 금속 분말을 마련하였다.
이렇게 다양한 크기의 금속 분말을 바인더와 혼합하여 다양한 슬러리를 제조하였다. 여기서, 슬러리는 100wt%에 대하여 금속 분말이 97.5wt%이고 바인더가 2.5wt%로 혼합하여 제조하였다. 물론, 바인더의 함량에 따른 특성을 측정하기 위해 금속 분말 및 바인더의 함량을 조절하였다. 이러한 슬러리를 70㎛±3㎛의 두께로 성형하고 150㎜∼150㎜의 크기로 재단하여 시트를 제작하였다. 그리고, 시트를 5매 적층하고 120㎏f로 30초간 압착하여 바디를 형성한 후 200℃에서 1시간 동안 열경화를 실시하였다.
열처리에 따른 투자율 및 Q 팩터 변화
제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말을 혼합하여 금속 분말을 제조하였다. 여기서, 제 1 금속 분말은 평균 입도 분포가 31㎛이고, 제 2 및 제 3 금속 분말은 평균 입도 분포가 각각 3㎛ 및 1.5㎛이다. 이러한 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말을 7:1:2의 비율로 혼합하였다. 즉, 전체 금속 분말 100wt%에 대하여 제 1 금속 분말을 70wt%, 제 2 및 제 3 금속 분말을 각각 10wt% 및 20wt%로 혼합하였다. 그리고, 열처리하지 않은 경우(test 1)와 열처리한 경우(test 2)의 3㎒ 및 5㎒의 투자율 및 품질 계수(Quality, 이하 Q 팩터라 함)를 표 1에 나타내었고, 도 14에 도시하였다. 열처리는 300℃의 온도에서 1시간 실시하였다. 도 14에서 A 및 B는 열처리에 따른 3㎒ 및 5㎒의 투자율을 나타내고, C 및 D는 열처리에 따른 3㎒ 및 5㎒의 Q 팩터를 나타낸다.

 투자율 Q 팩터
3㎒ 5㎒ 3㎒ 5㎒
test 1 36.8 36.1 17.9 11.6
test 2 37.7 36.6 15.7 11.2
표 1 및 도 14에 나타낸 바와 같이 열처리한 테스트 2의 경우 열처리하지 않은 테스트 1에 비해 투자율은 약 0.5 내지 1 정도 증가하고, Q 팩터는 약 0.4 내지 1.8 정도 감소하였다. 따라서, 금속 분말의 열처리를 통해 투자율을 향상시킬 수 있다.
제 1 금속 분말 크기에 따른 투자율 및 Q 팩터
제 1 금속 분말의 크기를 변화시키고 그에 따른 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 제 1 금속 분말은 23㎛, 31㎛, 40㎛ 및 55㎛로 각각 변화시키고(test 3 내지 test 6), 제 2 및 제 3 금속 분말은 3㎛ 및 1.5㎛로 유지하였다. 이때, 23㎛ 및 31㎛은 시빙을 실시하지 않았고, 40㎛ 및 55㎛은 시빙을 실시하였다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말을 7:1:2의 비율로 혼합시켰다. 즉, 전체 금속 분말 100wt에 대하여 제 1 금속 분말을 70wt%, 제 2 및 제 3 금속 분말을 각각 10wt% 및 20wt%로 하였다. 그리고, 혼합된 금속 분말은 300℃에서 1시간 열처리를 실시하였다. 이러한 제 1 금속 분말의 크기 변화에 다른 투자율 및 Q 팩터를 표 2에 나타내었고, 도 15에 도시하였다. 도 15에서 A 및 B는 제 1 금속 분말의 크기에 따른 3㎒ 및 5㎒의 투자율을 나타내고, C 및 D는 3㎒ 및 5㎒의 Q 팩터를 나타낸다.
투자율 Q 팩터
3㎒ 5㎒ 3㎒ 5㎒
test 3 34 33.7 33.3 19.8
test 4 37.3 36.6 15.7 11.2
test 5 42.6 40.4 15.97 10.8
test 7 44.1 42.5 9.8 6.6
표 2 및 도 15에 나타낸 바와 같이 제 1 금속 분말, 즉 주요 금속 분말의 크기가 증가할수록 투자율이 증가하고 Q 팩터는 감소한다. 따라서, 주요 금속 분말의 크기를 제어함으로써 투자율을 조절할 수 있다.
제 1 금속 분말의 혼합에 따른 투자율 및 Q 팩터
서로 다른 크기를 갖는 제 1-1 및 제 1-2 금속 분말을 혼합하고 그에 따른 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 제 1-1 금속 분말은 31㎛의 크기를 갖고, 제 1-2 금속 분말은 23㎛의 크기를 갖는다. 또한, 제 2 및 제 3 금속 분말은 각각 3㎛ 및 1.5㎛로 유지하였다. 또한, 제 1-1 및 제 1-2 금속 분말의 혼합율을 0:8 내지 8:0으로 조절하였고(test 7 내지 test 11), 제 2 및 제 3 금속 분말은 1.5:0.5의 비율로 혼합시켰다. 또한, 300℃에서 1시간 열처리를 실시하였다. 즉, 제 1-1 및 제 1-2 금속 분말의 혼합 비율을 0:8, 1:7, 3:4, 4:4 및 8:0으로 하고, 제 2 및 제 3 금속 분말을 1.5:0.5로 하였다. 이러한 서로 다른 크기를 갖는 두 제 1 금속 분말의 혼합 비율에 따른 투자율 및 Q 팩터를 표 3 및 도 16에 나타내었다. 도 16에서 A 및 B는 제 1 금속 분말의 혼합율에 따른 3㎒ 및 5㎒의 투자율을 나타내고, C 및 D는 3㎒ 및 5㎒의 Q 팩터를 나타낸다.
제1-1 및 제1-2 금속 분말의 혼합 비율 투자율 Q 팩터
3㎒ 5㎒ 3㎒ 5㎒
test 7(0:8) 36.9 36.1 32.7 17.8
test 8(1:7) 37.31 36.77 27.09 16.84
test 9(3:4) 38.63 37.78 23.59 15.4
test 10(4:4) 40.57 39.62 21.8 14.5
test 11(8:0) 42.33 41.15 18.05 12.01
표 3 및 도 16에 나타낸 바와 같이 평균 입도 분포가 큰 조분 입자의 함량이 증가할수록 투자율이 증가되고, Q 팩터는 감소한다.
제 1 금속 분말의 시빙에 따른 투자율 및 Q 팩터
제 1 금속 분말의 일부를 시빙하고 그에 따른 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 즉, 제 1-1 금속 분말은 시빙하여 40㎛ 이상의 평균 입도 분포를 갖고, 제 1-2 금속 분말은 시빙하지 않고 23㎛의 평균 입도 분포를 갖는다. 또한, 제 2 및 제 3 금속 분말은 각각 3㎛ 및 1.5㎛로 유지하였다. 그리고, 제 1-1 및 제 1-2 금속 분말의 혼합율을 0:7 내지 6:1으로 조절하였고(test 12 내지 18), 제 2 및 제 3 금속 분말은 2:1의 비율로 혼합시켰다. 즉, 제 1-1 및 제 1-2 금속 분말을 포함하는 제 1 금속 분말과 제 2 및 제 3 금속 분말의 혼합 비율을 7:2:1로 하였다. 또한, 300℃에서 1시간 열처리를 실시하였다. 이러한 시빙한 제 1-1 금속 분말의 혼합 비율에 따른 투자율 및 Q 팩터를 표 4 및 도 17에 나타내었다. 도 17에서 A 및 B는 3㎒ 및 5㎒의 투자율을 나타내고, C 및 D는 3㎒ 및 5㎒의 Q 팩터를 나타낸다.
제 1-1 및 제1-2 금속 분말의 혼합 비율 투자율 Q 팩터
3㎒ 5㎒ 3㎒ 5㎒
test 12(0:7) 33.9 33.7 34.4 20.4
test 13(1:6) 34.03 33.6 27.4 17.19
test 14(2:5) 35.3 34.74 27.39 16.73
test 15(3:4) 35.7 34.91 23.62 15.05
test 16(4:3) 40.35 39.52 25.68 15.11
test 17(5:2) 40.95 40.12 22.52 14.31
test 18(6:1) 40.6 39.4 17.51 11.4
표 4 및 도 17에 나타낸 바와 같이 시빙하여 입도가 큰 조분 입자의 함량이 증가할수록 투자율이 증가되고, Q 팩터는 감소한다.
시빙 후 남은 분말의 첨가에 따른 투자율과 Q 팩터 변화
제 1 금속 분말의 일부를 시빙한 후 남는 분말을 첨가하는 경우 그에 따른 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 즉, 제 1-1 금속 분말은 시빙하여 40㎛ 이상의 평균 입도 분포를 갖고, 제 1-2 금속 분말은 시빙하지 않은 분말과 시빙 후 남는 분말을 혼합하였다. 이때, 제 1-2 금속 분말은 시빙하지 않은 23㎛의 평균 입도 분포를 갖는 제 1-2-1 금속 분말과, 시빙한 후 남은 23㎛의 평균 입도 분포를 갖는 제 1-2-2 금속 분말을 포함한다. 이때, 제 1-2-1 금속 분말과 제 1-2-2 금속 분말은 2:0 내지 0.5:1.5의 비율로 조절하였고(test 19 내지 24), 제 1-1 금속 분말과, 제 2 및 제 3 금속 분말은 5:2:1의 비율로 공급하였다. 즉, 제 1-1 금속 분말과, 제 1-2-1 금속 분말 및 제 1-2-2 금속 분말, 그리고 제 2 및 제 3 금속 분말은 5:2∼0.5:0∼1.5:2:1의 비율을 갖는다. 또한, 300℃에서 1시간 열처리를 실시하였다. 이러한 시빙하지 않은 금속 분말의 일부를 시빙한 후 남는 금속 분말로 치환한 경우의 투자율 및 Q 팩터를 표 5 및 도 18에 나타내었다. 도 18에서 A 및 B는 3㎒ 및 5㎒의 투자율을 나타내고, C 및 D는 3㎒ 및 5㎒의 Q 팩터를 나타낸다.
제 1-2-1 및 제 1-2-2 금속 분말의 혼합 비율 투자율 Q 팩터
3㎒ 5㎒ 3㎒ 5㎒
test 19(2:0) 40.35 39.52 25.68 15.11
test 20(1.75:0.25) 39.82 38.25 24.86 14.73
test 21(1.5:0.5) 39.03 38.51 23/22 14.13
test 22(1.25:0.75) 38.9 38.3 23.87 14.29
test 23(1:1) 37.39 37.25 24.16 14.64
test 24(0.5:1.5) 36.88 36.55 22.67 13.99
상기한 바와 같이 시빙하고 남은 분말을 조성의 일부로 치환했을 때 투자율 및 Q가 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 시빙하고 남은 분말은 개선 효과가 없다.
제 1 금속 분말의 크기 감소에 따른 투자율 및 Q 팩터
제 1 금속 분말의 크기를 감소시키는 경우의 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 즉, 제 1-1 금속 분말은 시빙하여 40㎛ 이상의 평균 입도 분포를 갖고, 제 1-2 금속 분말은 시빙하지 않은 크기가 다른 금속 분말을 혼합하였다. 이때, 제 1-2 금속 분말은 시빙하지 않은 23㎛의 평균 입도 분포를 갖는 제 1-2-1 금속 분말과, 시빙하지 않은 8㎛의 평균 입도 분포를 갖는 제 1-2-2 금속 분말을 포함한다. 이때, 제 1-2-1 금속 분말과 제 1-2-2 금속 분말은 2:0 내지 0.5:1.5의 비율로 조절하였고(test 25 내지 31), 제 1-1 금속 분말과, 제 2 및 제 3 금속 분말은 5:2:1의 비율로 공급하였다. 즉, 제 1-1 금속 분말과, 제 1-2-1 금속 분말 및 제 1-2-2 금속 분말, 그리고 제 2 및 제 3 금속 분말은 5:2∼0.5:0∼1.5:2:1의 비율을 갖는다. 또한, 300℃에서 1시간 열처리를 실시하였다. 이러한 제 1 금속 분말의 크기를 감소시킬 경우의 투자율 및 Q 팩터를 표 6 및 도 19에 나타내었다. 도 19에서 A 및 B는 3㎒ 및 5㎒의 투자율을 나타내고, C 및 D는 3㎒ 및 5㎒의 Q 팩터를 나타낸다.
제 1-2-1 및 제 1-2-2 금속 분말의 혼합 비
 투자율 Q 팩터
3㎒ 5㎒ 3㎒ 5㎒
test 25(2:0) 40.35 39.52 25.68 15.11
test 26(1.95:0.55) 38.46 37.94 30.32 17.07
test 27(1.9:0.1) 37.86 37.29 22.94 14.51
test 28(1.8:0.2) 37.27 36.73 21.39 14.58
test 29(1.7:0.3) 36.32 35.76 21.2 14.38
test 30(1.6:0.4) 35.89 35.37 22.99 15.17
test 31(1.5:0.5) 34.53 34.3 24.26 15.65
상기한 바와 같이 입도가 작은 입자로 치환함에 따라 투자율이 감소하고 Q 팩터는 일부 개선됨을 알 수 있다. 특히 미량 치환의 경우 Q 팩터를 개선할 수 있다.
제 3 금속 분말의 함량에 따른 투자율 및 Q 팩터
제 3 금속 분말의 함량에 따른 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 즉, 제 1 금속 분말은 시빙하지 않은 23㎛의 평균 입도 분포를 갖고, 제 2 및 제 3 금속 분말은 3㎛ 및 1.5㎛의 평균 입도 분포를 갖는다. 이때, 제 1 금속 분말의 함량을 고정하고 제 2 및 제 3 금속 분말의 함량을 조절하였다. 즉, 제 2 및 제 3 금속 분말의 함량은 3:0 내지 1:2로 조절하였다(test 32 내지 35). 따라서, 제 1 금속 분말과 제 2 및 제 3 금속 분말은 7:3∼1:0∼2의 비율을 갖는다. 또한, 300℃에서 1시간 열처리를 실시하였다. 이러한 제 2 및 제 3 금속 분말의 함량을 변화시킬 경우의 투자율 및 Q 팩터를 표 7 및 도 20에 나타내었다. 도 20에서 A 및 B는 3㎒ 및 5㎒의 투자율을 나타내고, C 및 D는 3㎒ 및 5㎒의 Q 팩터를 나타낸다.
제 2 및 제 3 금속 분말의 혼합비
 투자율 Q 팩터
3㎒ 5㎒ 3㎒ 5㎒
test 32(3:0) 32.8 32.7 36.4 20.4
test 33(2.5:1.5) 34.6 34.5 36.6 20.9
test 34(2:1) 33.9 33.7 34.4 20.4
test 35(1:2) 34 33.7 33.3 19.8
상기한 바와 같이 비정질 미분 입자의 일부를 CIP로 미량 치환할 경우 투자율 및 Q 팩터의 개선 효과가 있다.
바인더 함량에 따른 투자율 및 Q 팩터
바인더 함량에 따른 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 즉, 제 1-1 금속 분말은 시빙하여 40㎛ 이상의 평균 입도 분포를 갖고, 제 1-2 금속 분말은 시빙하지 않고 23㎛의 평균 입도 분포를 갖는다. 또한, 제 2 및 제 3 금속 분말은 각각 3㎛ 및 1.5㎛로 유지하였다. 여기서, 제 1-1 및 제 1-2 금속 분말, 제 2 및 제 3 금속 분말의 혼합 비율을 3:4:2.5:0.5로 하였다. 이러한 금속 분말은 300℃에서 1시간 열처리를 실시하였다. 또한, 이러한 금속 분말을 다양한 함량의 바인더에 혼합하고 그에 따른 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 즉, 바인더 함량이 2.5wt%, 2.25wt% 및 2.0wt%일 경우(test 36 내지 38) 투자율 및 Q 팩터를 측정하였다. 따라서, 테스트 36 내지 38은 금속 분말의 함량이 97.5wt%, 97.75wt% 및 98wt%로 각각 변화시켰다. 즉, 금속 분말과 바인더의 혼합물을 100wt%로 하여 금속 분말 및 바인더의 함량을 조절하였다. 이러한 바인더의 함량에 따른 투자율 및 Q 팩터를 표 8 및 도 21에 나타내었다. 도 21에서 A 및 B는 3㎒ 및 5㎒의 투자율을 나타내고, C 및 D는 3㎒ 및 5㎒의 Q 팩터를 나타낸다.
바인더 함량 변화
 투자율 Q 팩터
3㎒ 5㎒ 3㎒ 5㎒
test 36(2.5wt%) 36.88 36.46 27.29 16.74
test 37(2.25wt%) 37.7 36.77 24.01 15.46
test 38(2.0wt%) 38.27 37.47 23.4 15.45
상기한 바와 같이 바인더의 함량이 감소함에 따라 투자율이 증가하고 Q 팩터가 감소한다.
실시 예 및 변형 예
본 발명에 따른 파워 인덕터의 다양한 실시 예 및 변형 예를 설명하면 다음과 같다.
도 22는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터의 단면도이다.
도 22는 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터는 열 전도성 필러를 포함하는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 기재(200)와, 기재(200)의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320)과, 바디(100) 외부에 마련된 외부 전극(410, 420)과, 코일 패턴(310, 320) 상에 각각 마련된 절연층(500)과, 바디(100)의 상부 및 하부에 각각 마련된 적어도 하나의 자성층(600; 610, 620)을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 제 1 실시 예에 자성층(600)이 더 구비되어 본 발명의 제 2 실시 예가 구현될 수 있다. 이러한 본 발명의 제 2 실시 예를 본 발명의 제 1 실시 예와 다른 구성을 중심으로 설명하면 다음과 같다.
자성층(600; 610, 620)은 바디(100)의 적어도 일 영역에 마련될 수 있다. 즉, 제 1 자성층(610)이 바디(100)의 상부 표면에 형성되고 제 2 자성층(620)이 바디(100)의 하부 표면에 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 자성층(610, 620)은 바디(100)의 투자율을 증가시키기 위해 마련되며, 바디(100)보다 높은 투자율을 갖는 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 바디(100)의 투자율이 20이고 제 1 및 제 2 자성층(610, 620)은 40 내지 1000의 투자율을 갖도록 마련될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 자성층(610, 620)은 예를 들어 자성체 분말과 폴리머를 이용하여 제작할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 자성층(610, 620)은 바디(100)보다 높은 투자율을 갖도록 바디(100)의 자성체보다 높은 자성을 갖는 물질로 형성되거나 자성체의 함유율이 더 높도록 형성될 수 있다. 여기서, 폴리머는 금속 분말 100wt%에 대하여 15wt%로 첨가될 수 있다. 또한, 자성체 분말은 니켈 자성체(Ni Ferrite), 아연 자성체(Zn Ferrite), 구리 자성체(Cu Ferrite), 망간 자성체(Mn Ferrite), 코발트 자성체(Co Ferrite), 바륨 자성체(Ba Ferrite) 및 니켈-아연-구리 자성체(Ni-Zn-Cu Ferrite)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상 또는 이들의 하나 이상의 산화물 자성체를 이용할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 합금 분말 또는 철을 함유하는 금속 합금 산화물을 이용하여 자성층(600)을 형성할 수 있다. 또한, 금속 합금 분말에 자성체를 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 예를 들어 철을 포함하는 금속 합금 분말에 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 산화물을 금속 합금 분말에 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 물론, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 예를 들어 철을 포함하는 금속 합금 분말과 혼합하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 산화물을 금속 합금 분말과 혼합하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 한편, 제 1 및 제 2 자성층(610, 620)은 금속 분말 및 폴리머에 열 전도성 필러를 더 포함하여 제작할 수도 있다. 열 전도성 필러는 금속 분말 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%로 함유될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 자성층(610, 620)은 시트 형태로 제작되어 복수의 시트가 적층된 바디(100)의 상부 및 하부에 각각 마련될 수 있다. 또한, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하거나 페이스트를 틀에 넣어 압착하는 바디(100)를 형성한 후 바디(100)의 상부 및 하부에 자성층(610, 620)을 각각 형성할 수 있다. 물론, 자성층(610, 620)은 페이스트를 이용하여 형성할 수도 있는데, 바디(100)의 상부 및 하부에 자성 물질을 도포하여 자성층(610, 620)을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터는 도 23에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 자성층(610, 620)과 기재(200) 사이에 제 3 및 제 4 자성층(630, 640)이 더 마련될 수 있다. 즉, 바디(100) 내에 적어도 하나의 자성층(600)이 마련될 수 있다. 이러한 자성층(600)은 시트 형태로 제작되어 복수의 시트가 적층된 바디(100)의 사이에 마련될 수 있다. 즉, 바디(100)를 제작하기 위한 복수의 시트 사이에 적어도 하나의 자성층(600)을 마련할 수 있다. 또한, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하여 바디(100)를 형성하는 경우 인쇄 도중에 자성층을 형성할 수 있고, 페이스트를 틀에 넣어서 압착하는 경우에도 자성층을 그 사이에 넣고 압착할 수 있다. 물론, 자성층(600)은 페이스트를 이용하여 형성할 수도 있는데, 바디(100)를 인쇄할 때 연자성 물질을 도포하여 바디(100) 내에 자성층(600)을 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)에 적어도 하나의 자성층(600)을 마련함으로써 파워 인덕터의 자성률을 향상시킬 수 있다.
도 24는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도이고, 도 25은 도 24의 A-A' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이며, 도 26은 도 24의 B-B' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이다.
도 24 내지 도 26을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 기재(200a, 200b; 200)와, 적어도 둘 이상의 기재(200) 각각의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320, 330, 340; 300)과, 바디(100) 외부에 마련된 외부 전극(410, 420)과, 코일 패턴(300) 상에 형성된 절연층(500)과, 바디(100)의 외부에 외부 전극(410, 420)과 이격되어 마련되며 바디(100) 내부의 적어도 둘 이상의 기판(200) 각각에 형성된 적어도 하나의 코일 패턴(300)과 연결된 연결 전극(710, 720; 700)을 포함할 수 있다. 이하의 설명에서는 본 발명의 제 1 실시 예 및 제 2 실시 예의 설명과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.
적어도 둘 이상의 기재(200a, 200b; 200)는 바디(100) 내부에 마련되며, 바디(100)의 단축 방향으로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 즉, 적어도 둘 이상의 기재(200)는 외부 전극(400)과 직교되는 방향, 즉 바디(100)의 두께 방향으로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 또한, 적어도 둘 이상의 기재(200) 각각에는 도전성 비아(210a, 210b; 210)가 형성되고, 적어도 일부가 제거되어 관통홀(220a, 220b; 220)이 각각 형성된다. 이때, 관통홀(220a, 220b)은 동일 위치에 형성될 수 있고, 도전성 비아(210a, 210b)은 동일 위치 또는 다른 위치에 형성될 수도 있다. 물론, 적어도 둘 이상의 기재(200)는 관통홀(220) 뿐만 아니라 코일 패턴(300)이 형성되지 않은 영역이 제거되어 바디(100)가 충진될 수 있다. 또한, 적어도 둘 이상의 기재(200) 사이에는 바디(100)가 마련될 수 있다. 바디(100)가 적어도 둘 이상의 기재(200) 사이에도 마련됨으로써 파워 인덕터의 투자율을 향상시킬 수 있다. 물론, 적어도 둘 이상의 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴(300) 상에 절연층(500)이 형성되어 있으므로 기재들(200) 사이에는 바디(100)가 형성되지 않을 수도 있다. 이 경우 파워 인덕터의 두께를 줄일 수 있다.
코일 패턴(310, 320, 330, 340; 300)은 적어도 둘 이상의 기재(200) 각각의 적어도 일면, 바람직하게는 양면에 형성될 수 있다. 여기서, 코일 패턴(310, 320)은 제 1 기판(200a)의 하부 및 상부에 각각 형성되어 제 1 기재(200a)에 형성된 도전성 비아(210a)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 코일 패턴(330, 340)은 제 2 기판(200b)의 하부 및 상부에 각각 형성되어 제 2 기재(200b)에 형성된 도전성 비아(210b)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 복수의 코일 패턴(300)은 기재(200)의 소정 영역, 예를 들어 중앙부의 관통홀(220a, 220b)로부터 외측 방향으로 스파이럴 형태로 형성될 수 있고, 기재(200) 상에 형성된 두 코일 패턴이 연결되어 하나의 코일을 이룰 수 있다. 즉, 하나의 바디(100) 내에 두개 이상의 코일이 형성될 수 있다. 여기서, 기재(200) 상측의 코일 패턴(310, 330)과 하측의 코일 패턴(320, 340)은 서로 동일 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 코일 패턴(300)이 서로 중첩되게 형성될 수도 있고, 상측의 코일 패턴(310, 330)이 형성되지 않은 영역에 중첩되도록 하측의 코일 패턴(320, 340)이 형성될 수도 있다.
외부 전극(410, 420; 400)은 바디(100)의 양단부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(400)은 바디(100)의 장축 방향으로 서로 대향되는 두 측면에 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(400)은 바디(100)의 코일 패턴(300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 코일 패턴(300)의 적어도 일 단부가 바디(100)의 외측으로 노출되고 외부 전극(400)이 복수의 코일 패턴(300)의 단부와 연결되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(410)은 코일 패턴(310)과 연결되도록 형성될 수 있고, 외부 패턴(420)는 코일 패턴(340)과 연결되도록 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 기재(200a, 200b) 상에 형성된 하나의 코일 패턴(310, 340)과 각각 연결된다.
연결 전극(700)은 외부 전극(400)이 형성되지 않은 바디(100)의 적어도 일 측면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어. 외부 전극(400)이 서로 대향되는 제 1 및 제 2 측면에 형성되고, 연결 전극(700)은 외부 전극(400)이 형성되지 않은 제 3 및 제 4 측면에 각각 형성될 수 있다. 이러한 연결 전극(700)은 제 1 기재(200a) 상에 형성된 코일 패턴(310, 320)의 적어도 어느 하나와 제 2 기재(200b) 상에 형성된 코일 패턴(330, 340)의 적어도 어느 하나를 연결하기 위해 마련된다. 즉, 연결 전극(710)은 제 1 기재(200a)의 하측에 형성된 코일 패턴(320)과 제 2 기재(200b)의 상측에 형성된 코일 패턴(330)을 바디(100)의 외측에서 연결한다. 즉, 외부 전극(410)이 코일 패턴(310)과 연결되고, 연결 전극(710)이 코일 패턴(320, 330)을 연결시키며, 외부 전극(420)이 코일 패턴(340)과 연결된다. 따라서, 제 1 및 제 2 기재(200a, 200b) 상에 각각 형성된 코일 패턴들(310, 320, 330, 340)이 직렬 연결된다. 한편, 연결 전극(710)은 코일 패턴(320, 330)을 연결시키지만 연결 전극(720)은 코일 패턴들(300)과 연결되지 않는데, 이는 공정 상의 편의에 의해 두개의 연결 전극(710, 720)이 형성되고 하나의 연결 전극(710)만이 코일 패턴(320, 330)과 연결되기 때문이다. 이러한 연결 전극(700)은 도전성 페이스트에 바디(100)를 침지하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 바디(100)의 일 측면에 형성될 수 있다. 연결 전극(700)은 전기 전도성을 부여할 수 있는 금속으로, 예컨대 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 이때, 연결 전극(700)의 표면에 필요시 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
도 27 및 도 28은 본 발명의 제 3 실시 예의 변형 예에 따른 파워 인덕터의 단면도이다. 즉, 바디(100) 내부에 세개의 기재(200a, 200b, 200c; 200)를 마련하고, 기재(200) 각각의 일면 및 타면 상에 코일 패턴(310, 320, 330, 340, 350, 360; 300)을 각각 형성하고, 코일 패턴(310, 360)은 외부 전극(410, 420)과 연결되도록 하고, 코일 패턴(320, 330)은 연결 전극(710)과 연결되도록 하며, 코일 패턴(340, 350)은 연결 전극(720)과 연결되도록 한다. 따라서, 세개의 기재(200a, 200b, 200c) 상에 각각 형성된 코일 패턴들(300)이 연결 전극(710, 720)에 의해 직렬 연결될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 3 실시 예 및 그 변형 예에 따른 파워 인덕터는 적어도 일 면에 코일 패턴(300)이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 기재(200)가 바디(100) 내에 이격되어 마련되고, 서로 다른 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴(300)이 바디(100) 외부의 연결 전극(700)에 의해 연결됨으로써 하나의 바디(100) 내에 복수의 코일 패턴을 형성하고, 그에 따라 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다. 즉, 바디(100) 외부의 연결 전극(700)을 이용하여 서로 다른 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)을 직렬 연결할 수 있고, 그에 따라 동일 면적 내의 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.
도 29는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도이고, 도 30 및 도 31은 도 29의 A-A' 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이다. 또한, 도 32은 내부 평면도이다.
도 29 내지 도 32를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 수평 방향으로 마련된 적어도 둘 이상의 기재(200a, 200b, 200c; 200)와, 적어도 둘 이상의 기재(200)의 적어도 일면 상에 각각 형성된 코일 패턴(310, 320, 330, 340, 350, 360; 300)과, 바디(100) 외부에 마련되며 적어도 둘 이상의 기재(200a, 200b, 200c) 상에 형성된 코일 패턴들(300)과 각각 연결되는 외부 전극들(410, 420, 430, 440, 450, 460; 400)과, 코일 패턴(300) 상에 형성된 절연층(500)을 포함할 수 있다. 이하의 설명에서는 이상의 실시 예들의 설명과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.
적어도 둘 이상, 예를 들어 세개의 기재(200a, 200b, 200c; 200)는 바디(100)의 내부에 마련될 수 있다. 여기서, 적어도 둘 이상의 기재들(200)은 예를 들어 바디(100)의 두께 방향과 직교하는 장축 방향으로 서로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 즉, 본 발명의 제 3 실시 예 및 그 변형 예는 복수의 기재들(200)이 바디(100)의 두께 방향, 예컨데 수직 방향으로 배열되었지만, 본 발명의 제 4 실시 예는 복수의 기재들(200)이 바디(100)의 두께 방향과 직교하는 방향, 예컨데 수평 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 복수의 기재들(200)에는 도전성 비아(210a, 210b, 210c; 210)가 각각 형성되고, 적어도 일부가 제거되어 관통홀(220a, 220b, 220c; 220)이 각각 형성된다. 물론, 복수의 기재들(200)은 관통홀(220) 뿐만 아니라 도 23에 도시된 바와 같이 코일 패턴(300)이 형성되지 않은 영역이 제거되어 바디(100)가 충진될 수 있다.
코일 패턴(310, 320, 330, 340, 350, 360; 300)은 복수의 기재(200) 각각의 적어도 일면, 바람직하게는 양면에 형성될 수 있다. 여기서, 코일 패턴(310, 320)은 제 1 기판(200a)의 일면 및 타면에 각각 형성되어 제 1 기재(200a)에 형성된 도전성 비아(210a)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 코일 패턴(330, 340)은 제 2 기판(200b)의 일면 및 타면에 각각 형성되어 제 2 기재(200b)에 형성된 도전성 비아(210b)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 코일 패턴(350, 360)은 제 3 기재(300c)의 일면 및 타면에 각각 형성되어 제 3 기재(200c)에 형성된 도전성 비아(210c)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 복수의 코일 패턴(300)은 기재(200)의 소정 영역, 예를 들어 중앙부의 관통홀(220a, 220b, 220c)로부터 외측 방향으로 스파이럴 형태로 형성될 수 있고, 기재(200) 상에 각각 형성된 두 코일 패턴이 연결되어 하나의 코일을 이룰 수 있다. 즉, 하나의 바디(100) 내에 두개 이상의 코일이 형성될 수 있다. 여기서, 기재(200) 일측의 코일 패턴(310, 330, 350)과 타측의 코일 패턴(320, 340, 360)은 서로 동일 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 동일 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴(300)이 서로 중첩되게 형성될 수도 있고, 일측의 코일 패턴(310, 330, 350)이 형성되지 않은 영역에 중첩되도록 타측의 코일 패턴(320, 340, 360)이 형성될 수도 있다.
외부 전극(410, 420, 430, 440, 450, 460; 400)은 바디(100)의 양단부에 서로 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(400)은 복수의 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(410, 420)은 코일 패턴(310, 320)과 각각 연결되고, 외부 전극(430, 440)은 코일 패턴(330, 340)과 각각 연결되며, 외부 전극(450, 460)은 코일 패턴(350, 360)과 각각 연결될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 기재(200a, 200b, 200c) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)과 각각 연결된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 파워 인덕터는 하나의 바디(100) 내에 복수의 인턱터가 구현될 수 있다. 즉, 적어도 둘 이상의 기재(200)가 수평 방향으로 배열되고, 그 상부에 각각 형성된 코일 패턴들(300)이 서로 다른 외부 전극(400)에 의해 연결됨으로써 복수의 인덕터가 병렬로 마련될 수 있고, 그에 따라 하나의 바디(100) 내에 두개 이상이 파워 인덕터가 구현된다.
도 33은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도이고, 도 34 및 도 35는 도 33의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이다.
도 33 내지 도 35를 참조하면, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 기재(200a, 200b; 200)와, 적어도 둘 이상의 기재(200) 각각의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320, 330, 340; 300)과, 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면에 마련되며 기재(200a, 200b) 상에 각각 형성된 코일 패턴(310, 320, 330, 340)과 각각 연결된 복수의 외부 전극(410, 420, 430, 440; 400)을 포함할 수 있다. 여기서, 둘 이상의 기재(200)는 바디(100)의 두께 방향, 예컨데 수직 방향으로 소정 간격 이격되어 적층되고 각각의 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴들(300)은 서로 다른 방향으로 인출되어 외부 전극(400)과 각각 연결된다. 즉, 본 발명의 제 4 실시 예가 복수의 기재(200)가 수평 방향으로 배열된 것에 비해, 본 발명의 제 5 실시 예는 복수의 기재(200)가 수직 방향으로 배열된다. 따라서, 본 발명의 제 5 실시 예는 적어도 둘 이상의 기재(200)가 바디(100)의 두께 방향으로 배열되고, 기재들(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)이 서로 다른 외부 전극(400)에 의해 연결됨으로써 복수의 인덕터가 병렬로 마련되고, 그에 따라 하나의 바디(100) 내에 두개 이상의 파워 인덕터가 구현된다.
상기한 바와 같이 도 24 내지 도 35를 이용하여 설명한 본 발명의 제 3 내지 제 5 실시 예는 바디(100) 내에 적어도 일면 상에 코일 패턴들(300)이 각각 형성된 복수의 기재(200)가 바디(100)의 두께 방향(즉 수직 방향)으로 적층되거나 또는 이와 직교하는 방향(즉 수평 방향)으로 배열될 수 있다. 또한, 복수의 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴들(300)은 외부 전극(400)과 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다. 즉, 복수의 기재(200) 각각에 형성된 코일 패턴들(300)이 서로 다른 외부 전극(400)에 연결되어 병렬로 연결될 수 있고, 복수의 기재(200) 각각에 형성된 코일 패턴들(300)이 동일한 외부 전극(400)에 연결되어 직렬 연결될 수 있다. 직렬 연결되는 경우 각각의 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴들(300)이 바디(100) 외부의 연결 전극(700)에 의해 연결될 수 있다. 따라서, 병렬 연결되는 경우 복수의 기재(200) 각각에 두개의 외부 전극(400)이 필요하고, 직렬 연결되는 경우 기재(200)의 수에 관계없이 두개의 외부 전극(400)이 필요하고 하나 이상의 연결 전극(700)이 필요하다. 예를 들어, 세개의 기재(300) 상에 형성된 코일 패턴(300)이 외부 전극(400)에 병렬로 연결되는 경우 여섯개의 외부 전극(400)이 필요하고, 세개의 기재(300) 상에 형성된 코일 패턴(300)이 직렬로 연결되는 경우 두개의 외부 전극(400)과 적어도 하나의 연결 전극(700)이 필요하다. 또한, 병렬 연결되는 경우 바디(100) 내에 복수의 코일이 마련되고, 직렬 연결되는 경우 바디(100) 내에 하나의 코일이 마련된다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
100 : 바디 200 : 기재
300 : 코일 패턴 400 : 외부 전극
500 : 절연층 600 : 자성층
700 : 연결 전극 110 : 금속 분말
120 : 폴리머

Claims (16)

  1. 금속 분말 및 폴리머를 포함하는 바디;
    상기 바디 내부에 마련된 적어도 하나의 기재; 및
    상기 기재의 적어도 일면 상에 형성된 적어도 하나의 코일 패턴을 포함하고,
    상기 금속 분말은 입도 분포의 중간값이 다른 적어도 셋 이상의 금속 분말을 포함하는 파워 인덕터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 분말은 상기 입도 분포의 중간값이 20㎛ 내지 100㎛의 제 1 금속 분말과, 상기 입도 분포의 중간값이 2㎛ 내지 20㎛인 제 2 금속 분말과, 상기 입도 분포의 중간값이 1㎛ 내지 10㎛인 제 3 금속 분말을 포함하는 파워 인덕터.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 금속 분말 100wt%에 대하여 상기 제 1 금속 분말이 50wt% 내지 90wt% 포함되고, 상기 제 2 금속 분말이 5wt% 내지 25wt% 포함되며, 상기 제 3 금속 분말이 5wt% 내지 25wt% 포함되는 파워 인덕터.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 금속 분말의 적어도 어느 하나는 입도 분포의 중간값이 다른 적어도 하나의 금속 분말을 더 포함하는 파워 인덕터.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 금속 분말은 Fe를 포함하는 합금으로 이루어지고, 상기 제 1 내지 제 3 금속 분말의 적어도 하나는 Fe 함량이 다른 파워 인덕터.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 금속 분말은 상기 Fe 함량이 상기 제 1 금속 분말보다 많은 파워 인덕터.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 금속 분말과 조성이 다른 제 4 금속 분말을 더 포함하는 파워 인덕터.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 금속 분말은 Fe, Si, Cr을 포함하고, 상기 제 4 금속 분말은 Si 및 Cr을 포함하지 않는 파워 인덕터.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제 2 금속 분말은 상기 Si 함량이 상기 제 3 금속 분말보다 많고, 상기 Cr 함량이 상기 제 3 금속 분말보다 적은 파워 인덕터.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4 금속 분말의 적어도 하나는 결정질이고 나머지는 비정질인 파워 인덕터.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 기재는 적어도 일부 영역이 제거되고, 제거된 영역에 상기 바디가 충진된 파워 인덕터.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 기재는 상기 코일 패턴 외측 영역의 전체가 제거되어 상기 바디의 측면에 대해 볼록한 만곡면으로 형성된 파워 인덕터.
  13. 청구항 1 또는 청구항 12에 있어서, 상기 기재의 일면 및 타면에 형성된 상기 코일 패턴은 동일 높이로 형성되며, 상기 기재의 두께 대비 2.5배 이상 높게 형성된 파워 인덕터.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 코일 패턴은 상기 기재 상에 형성된 제 1 도금막과, 상기 제 1 도금막을 덮도록 형성된 제 2 도금막을 포함하는 파워 인덕터.
  15. 청구항 1 또는 청구항 12에 있어서, 상기 코일 패턴은 적어도 일 영역이 다른 폭으로 형성된 파워 인덕터.
  16. 청구항 1 또는 청구항 12에 있어서, 상기 코일 패턴과 상기 바디 사이에 형성된 절연층을 더 포함하고,상기 절연층은 상기 코일 패턴의 상면 및 측면에 균일한 두께로 형성되며, 상기 기재 상에 상기 코일 패턴의 상면 및 측면과 동일 두께로 형성된 파워 인덕터.
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