KR20180122290A

KR20180122290A - 인덕터 소자

Info

Publication number: KR20180122290A
Application number: KR1020180050550A
Authority: KR
Inventors: 야스히데 야마시타; 카츠시 야스하라; 치오미 사토
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2018-05-02
Publication date: 2018-11-12
Also published as: JP6891623B2; CN108806921B; US10886056B2; CN108806921A; KR102006571B1; JP2018190821A; US20180322997A1

Abstract

코일 형상으로 도체가 권취되어 있는 권선부; 및 권선부의 주위를 감싸고, 자성 분체와 수지를 포함하는 코어부;를 가지는 인덕터 소자이다. 권선부는 내주면을 갖는다. 내주면으로부터 권축 중심을 향하여 소정 범위내의 거리인 코어부의 영역을 권선 내주 근방 영역으로 한다. 권축 중심으로부터 수직한 외측 방향으로 권선부가 존재하고, 권축 중심으로부터 수직한 외측 방향을 향해 소정 범위내의 거리인 코어부의 영역을 코어 중심 중앙 영역으로 한다. 코어 중심 중앙 영역의 자성 분체의 면적 비율을 Sα(%), 권선 내주 근방 영역의 자성 분체의 면적 비율을 Sβ1(%)으로 하는 경우, Sα-Sβ1≥5.0%이다.

Description

인덕터 소자{INDUCTOR ELEMENT}

본 발명은 인덕터 소자에 관한 것이다.

인덕터 소자의 일례로서 금속 자성 분말에 수지를 가해 가압 성형하여 얻어지는 코어의 내부에 코일을 매설하고 있는 인덕터 소자가 알려져 있다.

하기의 특허문헌 1에는 자성 분말과 열강화성 수지를 혼합하고 가압 성형하여 2개의 압분체를 성형하고, 그러한 압분체로 코일부를 끼워넣듯이 재가압함과 함께 열경화를 행하는 코일 부품의 제조 방법이 기재되어 있다. 그리고, 그러한 압분체는 재가압 성형할 때에 압분체의 형상이 무너지지 않는 경도의 강경도부와 압분체의 형상이 무너지는 경도의 약경도부를 마련하여, 재압축에 의해 약경도부를 무너뜨리면서 성형을 행하고 있다.

그러나, 특허문헌 1의 기술에서는 압분체의 일부를 무너뜨려 재압축하여 성형할 필요가 있다. 최근, 코일 부품의 대전류화가 진행되어 코일의 직류 중첩 특성의 향상이 요구되고 있다. 직류 중첩 특성의 향상을 위해서는 밀도를 고밀도로 할 것이 요구되고 있다.

또한, 재가압 성형시에 약경도부의 형상이 무너지기 쉽기 때문에 충분한 압력이 전달되지 못하여, 특히 압분체끼리를 접합시키는 부분의 밀도가 낮아지기 쉽다. 즉, 최종적으로 얻어지는 인덕터 소자에서, 코어의 밀도 편차가 생기기 쉽다. 또한, 밀도를 높게 하기 위해 재가압 성형시의 압력을 높게하려고 하면, 코일 피막이 찢어지거나 금형 내벽과 자성 분말 표면의 마찰이 발생하여, 내전압을 저하시키기 쉽다.

일본 특허 공개 제2002-252120호 공보

본 발명은, 이러한 실상을 감안한 것으로, 사용시에 크랙이 쉽게 발생되지 않는 인덕터 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 인덕터 소자는, 코일 형상으로 도체가 권취되어 있는 권선부; 및 상기 권선부의 주위를 감싸고, 자성 분체와 수지를 포함하는 코어부;를 가지는 인덕터 소자로서, 상기 권선부는, 내주면, 외주면 및 권축 중심을 따라 서로 반대측에 위치하는 제1 단면 및 제2 단면을 가지고, 상기 내주면으로부터 상기 권축 중심을 향하여 소정 범위내의 거리인 상기 코어부의 영역을 권선 내주 근방 영역으로 하고, 상기 제1 단면으로부터 상기 권축 중심과 평행한 외측 방향을 향해 소정 범위내의 거리인 상기 코어부의 영역을 권선 제1 단면 근방 영역으로 하며, 상기 제2 단면으로부터 상기 권축 중심과 평행한 외측 방향을 향해 소정 범위내의 거리인 상기 코어부의 영역을 권선 제2 단면 근방 영역으로 하고, 상기 권축 중심으로부터 수직한 외측 방향에 상기 권선부가 존재하고, 상기 권축 중심으로부터 상기 수직한 외측 방향을 향해 소정 범위내의 거리인 상기 코어부의 영역을 코어 중심 중앙 영역으로 하는 경우로서, 상기 코어 중심 중앙 영역의 자성 분체의 면적 비율을 Sα(%), 상기 권선 내주 근방 영역의 자성 분체의 면적 비율을 Sβ1(%)로 하는 경우, Sα-Sβ1≥5.0%이다. (본 명세서에서 '코어 중심'이라 함은 코어 가운데 부분을 의미하며, 중심(中芯)과 같은 의미로 사용되었다.)

본 발명에 따른 인덕터 소자는, 상기의 구성을 가짐으로써, 사용시의 크랙 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 권축 중심을 통과하여 상기 권축 중심과 평행한 임의의 단면에서, 상기 코어 중심 중앙 영역 전체에 차지하는 상기 자성 분체의 면적 비율을 Sα(%), 상기 제1 단면 근방 영역 전체에 차지하는 상기 자성 분체의 면적 비율을 Sβ2(%), 상기 제2 단면 근방 영역 전체에 차지하는 상기 자성 분체의 면적 비율을 Sβ3(%), Sβ2와 Sβ3의 평균을 Sβ4(%)로 하는 경우, Sα-Sβ4≥-2.0%인 것이 바람직하다.

또한, Sα-Sβ4≥0%인 것이 바람직하다.

또한, Sα-Sβ4≥5.0%인 것이 바람직하다.

또한, Sα≥65%인 것이 바람직하다.

또한, Sβ1≥60%인 것이 바람직하다.

또한, Sβ4≥60%인 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 인덕터 소자의 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 인덕터 소자의 제조 과정에 사용하는 예비 성형체 및 인서트 부재를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 III-III선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 인덕터 소자의 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 인덕터 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 인덕터 소자의 제조 과정에서 사용하는 예비 성형체 및 인서트 부재의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 인덕터 소자의 제조 과정에서 사용하는 예비 성형체 및 인서트 부재의 사시도이다.
도 8은 본원 실시예 1의 인덕터 소자의 단면 사진이다.
도 9는 본원 비교예 1의 인덕터 소자의 단면 사진이다.
도 10은 본원 실시예 11의 인덕터 소자의 단면 사진이다.
도 11은 본원 비교예 11의 인덕터 소자의 단면 사진이다.
도 12는 본원 실시예 1의 코어 중심 중앙 영역의 SEM 화상이다.
도 13은 본원 비교예 1의 코어 중심 중앙 영역의 SEM 화상이다.
도 14는 본원 실시예 11의 코어 중심 중앙 영역의 SEM 화상이다.
도 15는 본원 비교예 11의 코어 중심 중앙 영역의 SEM 화상이다.

이하, 본 발명을 도면에 나타내는 실시 형태에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시 형태에 한정되지 않는다.

제1 실시 형태

도 1은 후술하는 권선부(4)의 권축 중심(4α)을 통과하여, 권축 중심(4α)과 평행한 단면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에서의 인덕터 소자(2)는 권선부(4) 및 코어부(6)를 갖는다. 권선부(4)에서는 도체(5)가 코일 형상으로 권취되어 있다. 코어부(6)는 권선부(4)의 내주측에 위치하는 내주부(코어 중심부라고도 함)(6a) 및 권선부(4)의 외주측에 위치하는 외주부(6b)를 갖는다. 권선부(4)를 구성하는 도체(5) 및 코어부(6)의 틈새부(6c)에는, 코어부(6)를 구성하는 자성체 분말 및 수지가 들어가 있다.

권선부(4)는, 내주면(4β1), 외주면(4β4) 및 권축 중심(4α)을 따라 서로 반대측에 위치하는 제1 단면(4β2) 및 제2 단면(4β3)을 갖는다.

본 실시 형태의 인덕터 소자(2)는 코어부(6)의 상면 및 하면이 Z축에 대해 대략 수직이며, 코어부(6)의 측면은 X축 및 Y축을 포함하는 평면에 대해 대략 수직으로 되어 있다. 또한, 권선부(4)의 권축은 Z축에 대해 대략 평행으로 되어 있다. 단, 코어부(6)의 형상은 도 1의 형상에 한정되지 않으며, 원기둥형, 타원기둥형 등일 수 있다.

본 실시 형태의 인덕터 소자(2)의 사이즈는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 리드부(5a, 5b)를 제외한 부분이 (2~17)mm×(2~17)mm×(1~7)mm의 직육면체 또는 정육면체에 포함되는 사이즈이다. 한편, 도 1에서는, 도 2에 나타내는 권선부(4)의 리드부(5a, 5b)의 도시가 생략되어 있다. 권선부(4)를 구성하는 도체(5)의 양단에 형성되어 있는 리드부(5a, 5b)는 도 1에 나타내는 코어부(6)의 외부로 취출되도록 되어 있다.

권선부(4)를 구성하는 도체(도선)(5)는, 필요에 따라 외주를 절연 피복층으로 피복하고 있다. 도체(5)로서는, 예를 들면, Cu, Al, Fe, Ag, Au 또는 이들 금속을 포함하는 합금 등으로 구성되어 있다. 절연 피복층은, 예를 들면, 폴리우레탄, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리에스텔-나일론 등으로 구성되어 있다. 도체(5)의 횡단면 형상은 특별히 한정되지 않으며, 원형, 평각(平角) 형상 등이 예시된다. 본 실시 형태에서는, 도체(5)의 횡단면 형상은 원형으로 하고 있다.

코어부(6)는 자성 분체 및 수지(바인더)를 갖는다. 자성 분체의 재질로서는 특별히 한정되지 않지만, Mn-Zn, Ni-Cu-Zn 등의 페라이트, Fe-Si(철-실리콘), 센더스트(Fe-Si-Al；철-실리콘-알루미늄), Fe-Si-Cr(철-실리콘-크롬), 퍼말로이(Fe-Ni) 등의 금속이 예시된다. 바람직하게는, Fe-Si 또는 Fe-Si-Cr이다. 자성 분체의 결정 구조는 특별히 한정되지 않으며, 비정질, 결정질 등이 예시된다. 수지의 종류로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 실리콘 수지, 이들을 조합한 것 등이 예시된다.

본 실시 형태에서는, 코어부(6)가 그 내부에서 소정의 밀도차를 가지는 것이 특징이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 내주면(4β1)으로부터 권축 중심(4α)를 향해 100μm 이내인 영역을 권선 내주 근방 영역(6β1), 제1 단면(4β2)으로부터 권축 중심(4α)과 평행한 외측 방향을 향해 100μm 이내인 영역을 제1 단면 근방 영역(6β2), 제2 단면(4β3)으로부터 권축 중심(4α)과 평행한 외측 방향을 향해 100μm 이내인 영역을 제2 단면 근방 영역(6β3)으로 한다. 권축 중심(4α)으로부터 수직한 외측 방향에 권선부(4)가 존재하고, 권축 중심(4α)으로부터 그 수직한 외측 방향을 향해 280μm 이내인 영역을 코어 중심 중앙 영역(6α)으로 한다.

본 실시 형태에 따른 인덕터 소자는, 코어 중심 중앙 영역(6α) 전체에 차지하는 자성 분체의 면적 비율을 Sα(%), 권선 내주 근방 영역(6β1) 전체에 차지하는 자성 분체의 면적 비율을 Sβ1(%)로 하는 경우, Sα-Sβ1≥5.0%이다. 즉, 코어부(6) 중에서, 권선(5)에 가까운 부분보다 권축 중심(4α)에 가까운 부분이 자성 분체의 밀도가 높다. 또한, Sα-Sβ1은 5.4% 이상일 수 있다. 또한, Sα-Sβ1에는 상한은 없지만 통상 20% 이하이다. 또한, Sα-Sβ1은 7.5% 이하일 수 있다.

본 실시 형태에 따른 인덕터 소자는, 코어부(6) 중에서 권축 중심(4α)에 가까운 부분에서의 자성 분체의 밀도를, 권선(5)의 내측이며 권선(5)에 가까운 부분 에서의 자성 분체의 밀도보다 높게 함으로써, 크랙의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 인덕턴스 및 직류 중첩 특성을 향상시킬 수 있다.

본 실시 형태에 따른 인덕터 소자는, 제1 단면 근방 영역(6β2) 전체에서 차지하는 자성 분체의 면적 비율을 Sβ2(%), 제2 단면 근방 영역(6β3) 전체에서 차지하는 자성 분체의 면적 비율을 Sβ3(%), Sβ2와 Sβ3의 평균을 Sβ4(%)로 하는 경우, Sα-Sβ4≥-2.0%인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Sα-Sβ4≥0%이며, 더욱 바람직하게는 Sα-Sβ4≥5.0%이다. 즉, 본 실시 형태에 따른 인덕터 소자는, 권축 중심(4α)에 가까운 부분에서의 자성 분체의 밀도가, 권선(5)의 Z축 방향 상측 및 하측이며 권선(5)에 가까운 부분에서의 자성 분체의 밀도와 동일 이상인 것이 바람직하다. 상기의 구성으로 함으로써, 크랙의 발생을 용이하게 억제할 수 있으며 인턱턴스 및 직류 중첩 특성을 용이하게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 인덕터 소자는 Sα≥65%인 것이 바람직하다. 또한, Sβ1≥60%인 것이 바람직하며, Sβ4≥60%인 것이 바람직하다. 즉, 자성 분체의 밀도가 소정량 이상인 것이 바람직하다. 자성 분체의 밀도를 고밀도로 함으로써, 크랙의 발생을 용이하게 억제할 수 있으며 인턱턴스 및 직류 중첩 특성을 용이하게 향상시킬 수 있다.

자성 분체의 면적 비율의 측정 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 인덕터 소자 단면의 SEM 화상으로부터 육안으로 면적 비율을 산출할 수 있다. SEM 화상의 관찰에는 SU820(주식회사 히타치 하이테크놀로지 제품)를 이용하였다. 또한, 화상 해석 소프트웨어로서는 NanoHunter　NS2K-Pro(나노 시스템 주식회사 제품)를 이용하였다. SEM 화상으로부터 면적 비율을 산출하는 경우, SEM 화상의 배율 및 크기는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 100~180배로 480μm×560μm로 할 수 있다.

또한, 통상적으로는 자성 분체의 면적 비율은 각 영역 내에서 균일하다고 간주할 수 있다. 오차를 작게 하는 관점으로부터, 통상적으로는 각 영역내에서 대체로 균등한 배치가 되도록 복수의 측정 지점을 적절히 설정하고, 각 측정 지점에서의 자성 분체의 면적 비율의 측정 결과를 평균한 결과를 이용한다. 측정 지점의 설정수는 각 영역의 크기나 형상 등에 따라 적절히 설정한다. 예를 들면, 코어 중심 중앙 영역 및 권선 내주 근방 영역에서는, 바람직하게는 3지점 이상, 더 바람직하게는 5지점 이상의 측정 지점을 각 측정 영역내에서 대체로 균등한 배치가 되도록 적절히 설정한다. 그리고, 각 측정 지점에서의 측정 결과를 평균하여 영역 전체의 측정 결과로 간주한다. 제1 단면 근방 영역 및 제2 단면 근방 영역에서는, 통상적으로는 하나의 측정 지점에서의 측정 결과를 영역 전체의 측정 결과로 간주할 수 있다.

다음으로, 도 1에 나타내는 인덕터 소자(2)의 제조 방법에 대해 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태에서의 인덕터 소자의 제조 방법에 의해 제조되는 인덕터 소자(2)는 2개의 예비 성형체(60a, 60b)와, 공심(空心) 코일 등으로 구성되는 권선부(4)를 가지는 인서트 부재를 일체화함으로써 제조된다. 권선부(4)를 구성하는 도체(5)의 양단은, 리드부(5a, 5b)로서 권선부(4)의 외측에 인출되어 있다. 단자(도시하지 않음)는 리드부(5a, 5b)와 본압축 후에 접속될 수 있고, 본압축 전에 미리 접속해 둘 수도 있다.

각 예비 성형체(60a, 60b)에는, 각각 접합 예정면(70a, 70b)이 형성되어 있으며, 그들이 서로 맞대어 접합된다. 각각의 접합 예정면(70a, 70b)에는 각각 권선부(4)의 상반부 및 하반부를 수용하기 위한 수용홈부(90a, 90b)가 형성되어 있다. 수용홈부(90a, 90b)의 크기는 인서트 부재로서의 권선부(4)가, 그 내외주 및 권축 방향 단부가 접촉하여 인입될 수 있는 정도의 크기이다. 또한, 수용홈부(90a, 90b)가 커질수록, Sβ1, Sβ2 및/또는 Sβ3이 작아지는 경향이 있다. 이에 따라, Sα-Sβ1, Sα-Sβ2 및/또는 Sα-Sβ3을 크게 하기 쉽다.

또한, 수용홈부(90a, 90b)에는 a 깊이의 오목부 및 b 깊이의 오목부가 도 3에 나타내는 위치에 형성되어 있을 수 있다. 오목부 자체는 압착에 의해 소멸되지만, 수용홈부(90a, 90b)에 오목부를 형성함으로써, 권선부(4)의 근방이 저밀도화되는 효과가 있다. 더욱 구체적으로는, a가 클수록 Sβ1이 작아지는 경향이 있고, b가 클수록 Sβ2 및 Sβ3이 작아지는 경향이 있다.

또한, 어느 일방 또는 쌍방의 접합 예정면(70a, 70b)에는 리드부(5a, 5b)를 코어부(6)의 외측으로 인출하기 위한 인출홈(80)이 형성되어 있다. 한편, 도 2에는 한 쌍의 리드부(5a, 5b)를 기재하고 있으나, 도 3에서는 한 쌍의 리드부(5a, 5b)를 생략하였다.

우선, 예비 성형체(60a, 60b)의 원료가 되는 과립을 제조한다. 과립의 제조 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 자성 분체에 수지를 첨가하여 교반한 후 건조시킴으로써 제조할 수 있다.

자성 분체의 입경은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 평균 입경이 0.5~50μm의 자성 분체를 이용할 수 있다. 수지로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 실리콘 수지, 이들을 조합한 것 등이 예시된다. 또한, 자성 분체와 수지를 혼합하기 전, 자성 분체 표면에 절연 피막을 형성할 수도 있다. 예를 들면, 졸겔법에 의해 SiO₂막인 절연 피막을 형성할 수 있다.

또한, 자성 분체에 수지를 첨가하여 교반한 후에 메쉬를 통과시킴으로써 조대한 과립을 제거할 수 있다. 또한, 수지는 자성 분체에 첨가할 때 용매로 희석할 수 있다. 용매로서는, 예를 들면 케톤류 등을 이용할 수 있다.

수지의 함유량은 특별히 제한되지 않으나, 자성 분체 100wt%에 대해 1.0~6.0wt% 함유하는 것이 바람직하다. 수지의 함유량을 적당량으로 함으로써, 후술하는 본압축시에 접합 예정면(70a, 70b)을 접합하기 쉬워진다. 또한, 수지의 함유량이 많을수록 자성 분체의 밀도가 작아져, Sα, Sβ1, Sβ2 및 Sβ3가 작아지는 경향이 있다.

예비 성형체(60a, 60b)는 상기 자성 분체 및 상기 수지를 포함하는 과립을 금형의 캐비티 내에 충전하고, 예비 압축 성형하여 제조된다. 예비 압축 성형시의 압력은 특별히 제한되지 않으나, 2.5×10²~1×10³MPa(2.5~10t/cm²)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 예비 성형체(60a, 60b)의 밀도는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 4.0~6.5g/cm³인 것이 바람직하다.

예비 압축 성형시의 압력을 2.5×10²~1×10³MPa로 함으로써, 후술하는 본압축 후에 생기는 권선부(4)의 위치의 변형 및/또는 권선의 형상의 변형을 방지하고, 내전압, 인턱턴스 및 직류 중첩 특성이 모두 우수한 인덕터 소자를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 예비 성형체(60a, 60b)의 밀도를 상기 범위내, 특히 4.0g/cm³ 이상으로 함으로써, 상기 Sα, Sβ1, Sβ2, Sβ3을 높게 하는 것이 용이해진다. 또한, 6.5g/cm³ 이하로 함으로써 제품의 녹 방지 효과를 용이하게 유지할 수 있다. 이는, 고밀도인 예비 성형체가 얻어지도록 고압으로 성형하면 상기 절연 피막이 쉽게 박리되기 때문이다.

다음으로, 얻어진 예비 성형체(60a, 60b) 및 인서트 부재를 도 2 및 도 3에 나타내는 양태로, 예비 성형체 제조시와는 다른 금형의 캐비티 내에 배치하여 본압축(압착)을 행함으로써 인덕터 소자(2)를 얻을 수 있다. 본압축시의 압력은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 1×10²~8×10²MPa(1~8t/cm²)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본압축시의 압력은 예비 압축 성형시의 압력(100%)과 비교하여, 바람직하게는 40~80% 정도로 낮고, 더욱 바람직하게는 50~60% 정도로 낮다. 본압축시의 압력을 예비 압축 성형시의 압력보다 낮게 함으로써, 본압축 후에 생기는 권선부(4)의 위치의 변형 및/또는 권선의 형상의 변형을 용이하게 방지할 수 있으며, 예비 압축 성형시의 압력이 본압축시의 압력과 비교하여 클수록 내전압 특성이 향상되기 쉬운 경향이 있다.

또한, 본압축 후에 금형으로부터 취출한 인덕터 소자(2)에 대해 가열을 행함으로써 수지를 완전 경화시키는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 금형으로부터 취출한 인덕터 소자(2)에 대해, 수지의 경화가 개시되는 온도보다 높은 온도로 가열함으로써 수지를 완전 경화시키는 것이 바람직하다.

상기의 제조 방법으로 얻어지는 인덕터 소자(2)는 권선부(4)의 위치의 변형 및/또는 권선 형상의 변형이 작고, 코어부(6), 특히 코어 중심 중앙 영역(6α)을 고밀도로 형성할 수 있다. 따라서, 인턱턴스 및 직류 중첩 특성을 향상시키면서 내전압도 향상시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 최종적으로 얻어지는 인덕터 소자(2)의 코어부(6)에 대해, 균일하고 고밀도로 제작할 수 있다. 그 결과, 종래의 인덕터 소자보다 인턱턴스 및 직류 중첩 특성을 향상시킬 수 있다.

본 실시 형태에 따른 인덕터 소자(2)를 제조하는 방법으로서, 도 2 및 도 3에 나타내는 방법의 외에, 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 판 형상의 예비 성형체(60a) 및 포트 형상의 예비 성형체(60b)를 준비하는 방법이 있다. 한편, 예비 성형체에는 도 2 및 도 3에 나타내는 방법과 마찬가지로 깊이 a의 오목부 및 깊이 b의 오목부를 형성할 수 있다. 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 3개의 예비 성형체(60e2, 60h, 60i)를 준비하는 방법이 있다. 또한, 예비 성형체의 형상은 도 6 및 도 7에 나타내는 형상이 아니어도 되며, 최종적으로 얻어지는 인덕터 소자(2)가 도 1에 나타내는 형상이면 무방하다. 한편, 예비 성형체에는 도 2 및 도 3에 나타내는 방법과 마찬가지로 깊이 a의 오목부 및 깊이 b의 오목부를 형성할 수 있다. 또한, 예비 성형체의 갯수가 많을수록 직류 중첩 특성이 향상되는 경향이 있다.

제2 실시 형태

이하, 제2 실시 형태에 대해 도 4 및 도 5를 이용하여 설명하지만, 제1 실시 형태와 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략한다.

도 4에 나타내는 제2 실시 형태의 인덕터 소자(2A)는, 상기 코어 중심 중앙 영역(6α) 및 권선 내주 근방 영역(6β1)을 포함하는 코어 중심부(6a1)에서의 자성 분체의 밀도가 제1 실시 형태보다 더욱 높다. 이 경우에는, 코어 중심 중앙 영역(6α)에서의 자성 분체의 면적 비율(Sα) 및 권선 내주 근방 영역(6β1)에서의 자성 분체의 면적 비율(Sβ1)이 높아지는 경향이 있으며, 제1 실시 형태와 비교하여 직류 중첩 특성이 더욱 향상되는 경향이 있다.

제2 실시 형태의 인덕터 소자(2A)를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 코어 중심부(6a1α)의 높이가 외주부(6b1α)의 높이보다 z1만큼 높은 예비 성형체(60a1)를 준비하는 방법이 있다. 또한, 마찬가지로 하여 코어 중심부(6a1β)의 높이가 외주부(6b1β)의 높이보다 z2만큼 높은 예비 성형체(60b1)를 준비한다.

그리고, 도 5에 나타낸 바와 같은 예비 성형체(60a1, 60b1)를 이용하여, 제1 실시 형태와 동일한 본압축 성형을 행함으로써, 코어 중심부(6a1)에서의 자성 분체의 양이 외주부(6b1)에서의 자성 분체의 양보다 많아지게 되어, 코어 중심부(6a1)(코어 중심 중앙 영역(6α)) 및 권선 내주 근방 영역(6β1)에서의 자성 분체의 밀도가 제1 단면 근방 영역(6β2) 및 제2 단면 근방 영역(6β3)을 포함하는 외주부(6b1)에서의 자성 분체의 밀도보다 높아진다.

한편, z1와 z2의 대소 관계는 특별히 제한되지 않는다. 즉, z1＞z2일 수 있고, z1＜z2일 수도 있다. 또한, z1 또는 z2가 0일 수도 있다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 내주부(6a1α, 6a1β)에서는 Z축 방향의 길이가 외주부(6b1α, 6b1β)보다 길기 때문에, 도 4에 나타내는 코어 중심부(6a1)에서는 외주부(6b1)보다 압축력이 강하게 작용하여 밀도가 높아진다.

또한, 도 7에 나타내는 형상의 예비 성형체를 이용하는 경우에도, 본압축 성형 후에 코어 중심부가 되는 예비 성형체에서의 자성 분체의 밀도를 높게 하는 경우, 최종적으로 얻어지는 인덕터 소자는 코어 중심부의 밀도가 높아져 상기와 동일한 효과가 얻어진다.

한편, 본 발명은, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위내에서 다양하게 변형할 수 있다.

<실시예>

이하, 본 발명을 더욱 상세한 실시예에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.

실시예 1

실시예 1에서는, 도 2 및 도 3에 나타내는 형상의 예비 성형체를 예비 압축 성형으로 제작하고, 그 후, 본압축을 행하여 도 1에 나타내는 형상의 인덕터 소자를 얻었다. 한편, a=0.20mm, b=0.40mm로 하였다.

우선, 금형의 캐비티 내에 충전하는 과립을 준비하였다. 자성 분말로서 Fe-Si 합금(평균 입경 25μm)을 준비하고, 자성 분말 표면에 졸겔법을 이용한 SiO₂막인 절연 피막을 형성하였다. 상기 자성 분말에, 아세톤에 희석한 에폭시 수지를, 자성 분말 전체를 100중량%로 하여 3중량% 가하여 교반하였다. 교반한 후에 250미크론 체눈 크기의 메쉬를 통과시켜 실온에서 24시간 건조하여, 금형의 캐비티 내에 충전할 과립을 얻었다.

금형의 캐비티 내에 상기 과립을 충전하고 예비 압축 성형을 행하여, 도 2 및 도 3에 나타내는 형상의 예비 성형체를 제작하였다. 예비 압축 성형시의 압력은 400MPa로 하였다.

다음으로, 제작한 예비 성형체 및 인서트 부재를, 예비 압축 성형에 이용한 금형과는 다른 금형의 캐비티 내에 배치하였다. 캐비티 내부에, 도 2 및 도 3에 나타내는 2개의 예비 성형체 및 내경 4mm, 높이 3mm의 권선부를 가지는 인서트 부재를 도 2 및 도 3에 나타내는 양태로 배치하였다.

다음으로, 도 3의 Z축 방향의 상하로부터 가압하여 본압축하였다. 본압축시의 성형 압력은 100MPa로 하였다.

그 후, 금형으로부터 성형체를 취출하여, 상기 에폭시 수지의 경화 개시 온도(110℃)보다 높은 180℃로 1시간의 가열 처리를 행하여 상기 에폭시 수지를 경화시켜, 표 1에 나타내는 각 실시예의 인덕터 소자의 샘플(시료 번호 1~3)을 얻었다. 얻어진 코어부의 치수는 세로 7mm×가로 7mm×높이 5.4mm였다.

이와 같이 하여 얻어진 인덕터 소자의 샘플에 대해, Sα, Sβ1, Sβ2 및 Sβ3을 측정하였다. 구체적으로는, 인덕터 소자 단면의 각 측정 지점에 대해 480μm×560μm의 SEM 화상을 관찰하여 Sα, Sβ1, Sβ2 및 Sβ3을 산출하였다. Sα에 대해서는, 코어 중심 중앙 영역을 권축 중심과 평행한 방향을 따라 6등분하고, 각 부분에 대해 1지점씩, 합계 6지점의 측정 지점을 설정하였다. Sβ1에 대해서는, 권선 내주 근방 영역을 권축 중심과 평행한 방향을 따라 6등분하고, 각 부분에 대해 1지점씩, 합계 6지점의 측정 지점을 설정하였다. Sβ2 및 Sβ3에 대해서는 각 근방 영역에 대해 1지점씩 측정 지점을 설정하였다. 그리고, 각 측정 지점에서의 자성 분체의 면적 비율을 산출하여 평균함으로써 Sα, Sβ1, Sβ2 및 Sβ3을 산출하고, Sβ2와 Sβ3을 평균하여 Sβ4를 산출하였다. Sα, Sβ1, Sβ2, Sβ3, Sα-Sβ1 및 Sα-Sβ4를 각 측정 지점에서의 자성 분체의 면적 비율과 함께 표 1에 나타낸다.

또한, 각 인덕터 소자의 샘플의 크랙 발생에 대해 평가를 실시하였다. 또한, 인턱턴스(L₀) 및 직류 중첩 특성을 측정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

인턱턴스(L₀)의 측정은, 측정 주파수 100KHz, 측정 전압 0.5mV로, LCR 미터(Hewlett Packard(주) 제품)를 이용하여 행하였다. 인턱턴스(L₀)는 37.6~56.4μH를 양호라고 하였다.

직류 중첩 특성의 측정은, 각 인덕터 소자의 샘플에 직류 전류를 0에서부터 인가하여, 전류가 0일 때의 인턱턴스(μH)에 대해 70%로 저하할 때 흐르는 전류의 값(암페어)을 Isat(A)로 하고, Isat의 수치로 평가하였다. Isat가 3.6A 이상인 경우에 직류 중첩 특성이 양호하고, 5.0A 이상인 경우에 더욱 양호한 것으로 하였다.

크랙 발생의 평가에 대해서는, 각 인덕터 소자의 샘플을 85℃, 85%RH의 고온 고습하에 500시간 방치한 후, 직류 전류를 0에서부터 인가하여 크랙이 발생했을 때에 흐르는 전류의 값을 Icr(A)로 하였다.

그리고, Icr-Isat＞0A의 경우에 크랙 억제 효과가 양호하다고 하고, Icr-Isat＞1.0A의 경우에 크랙 억제 효과가 더욱 양호한 것으로 하였다. 표 2의 크랙 평가란에서는, Icr-Isat＞1.0A의 경우를 ○, 0A＜Icr-Isat≤1.0A의 경우를 △, Icr-Isat≤0A의 경우를 ×로 하였다.

또한, 실시예 1의 인덕터 소자의 샘플에 대해 단면 사진을 촬영하였다. 결과를 도 8에 나타낸다. 또한, 실시예 1의 코어 중심 중앙 영역의 SEM 화상을 도 12에 나타낸다.

비교예 1

비교예 1에서는, 실시예 1과 마찬가지로 과립을 제작한 후, 본압축용 금형의 캐비티에 인서트 부재를 배치하고 과립을 충전하여, 예비 압축 성형없이 본압축을 행하였다. 예비 압축 성형없이 본압축을 행한 점 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 인덕터 소자를 제작하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다. 단, 비교예 1에서는, 예비 압축 성형을 행하지 않았기 때문에 공심 코일이 변형된 결과, 실시예 1과는 달리 권선 내부 근방 영역에서의 밀도를 6지점 측정할 수 없었다. 그 때문에, 권선 내부 근방 영역에서의 밀도의 측정 지점을 5지점으로 하였다. 또한, 비교예 1코어 중심 중앙 영역의 SEM 화상을 도 13에 나타낸다.

또한, 비교예 1의 인덕터 소자의 샘플에 대해 단면 사진을 촬영하였다. 결과를 도 9에 나타낸다.

표 1, 도 12 및 도 13으로부터, 본원 실시예 1은 코어 중심 중앙 영역의 밀도가 권선 내부 중앙 영역의 밀도보다 높다. 또한, 제1 단면 근방 영역의 밀도 및 제2 단면 근방 영역의 밀도의 평균 밀도와 비교하여도, 코어 중심 중앙부의 밀도가 높다. 이에 대해, 본원 비교예 1은 권선 내부 중앙 영역의 밀도 및 코어 중심 중앙 영역의 밀도가 동일한 정도이다. 또한, 제1 단면 근방 영역의 밀도 및 제2 단면 근방 영역의 밀도의 평균 밀도와 비교하는 경우, 코어 중심 중앙 영역의 밀도가 낮다. 또한, 도 8 및 도 9를 비교하면, 본원 실시예 1의 인덕터 소자는 본원 비교예 1의 인덕터 소자와 비교하여 변형이 작다.

또한, 표 1 및 표 2로부터, 본원 실시예 1의 인덕터 소자는 특히, 권선 내주 근방 영역에서의 자성 분말의 면적 비율의 편차가 작은 것을 알 수 있다. 즉, 본원 실시예 1의 인덕터 소자는 권선 내주 근방 영역에서의 자성 분말의 밀도의 편차가 작아져, 특성의 편차가 작아진다.

또한, 표 1 및 표 2로부터, Sα-Sβ1이 5.0% 이상인 본원 실시예 1은, Sα-Sβ1이 5.0% 미만인 본원 비교예 1과 비교하여 크랙 억제 효과가 크다. 또한, Sα-Sβ4가 5.0% 이상인 본원 실시예 1은 Sα-Sβ4가 -2.0% 미만인 본원 비교예와 비교하여, 예를 들면, 150℃의 고온 방치 시험 전후의 인턱턴스 변화율이 작아 우수하다. 본원 실시예 1은 코일 주변의 밀도가 낮고 코일의 변형이 작기 때문에 인턱턴스 변화율이 작아진다고 생각된다. 또한, Sα가 65% 이상인 본원 실시예 1은 Sα가 65% 미만인 본원 비교예 1과 비교하여 Isat가 높아 직류 중첩 특성이 우수하다.

실시예 2~5

실시예 2~5에서는, 실시예 1로부터 a 및 b를 변화시켜 재료 충전율을 제어함으로써, Sα-Sβ1이 5.0% 이상이 되는 범위에서 Sα, Sβ1, Sβ2, Sβ3 및 Sβ4를 변화시킨 실시예이다.

구체적으로, 실시예 2 및 실시예 3에서는 a 및 b를 실시예 1보다 작게 하였다. 실시예 4 및 실시예 5에서는 a 및 b를 실시예 1보다 작게 하고, 과립의 충전율을 저하시켰다. 결과를 표 2에 나타낸다. 실시예 2~5는 모두 Sα-Sβ1이 5.0% 이상으로 크랙 억제 효과가 컸다.

또한, Sα-Sβ4≥-2.0%인 실시예 1~3 및 5는 Sα-Sβ4＜-2.0%인 실시예 4와 비교하여 크랙 억제 효과가 컸다. 또한, Sα-Sβ4≥0%인 실시예 1, 2 및 5는 Sα-Sβ4＜0%인 실시예 3과 비교하여 더욱 크랙 억제 효과가 컸다.

실시예 11 및 비교예 11

자성 분말로서 Fe-Si-Cr합금(평균 입경 25μm)을 준비한 점 이외에는 실시예 1과 동일 조건으로 실시예 11을 작성하고, 비교예 1과 동일 조건으로 비교예 11을 각각 작성하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 실시예 11의 인덕터 소자의 샘플에 대해 단면 사진을 촬영하였다. 결과를 도 10에 나타낸다. 비교예 11의 인덕터 소자의 샘플에 대해 단면 사진을 촬영하였다. 결과를 도 11에 나타낸다. 또한, 실시예 11 코어 중심 중앙 영역의 SEM 화상을 도 14에, 비교예 11의 코어 중심 중앙 영역의 SEM 화상을 도 15에 나타낸다.

실시예 11 및 비교예 11로부터, 자성 분말의 종류가 Fe-Si-Cr 합금인 경우 에도 자성 분말의 종류가 Fe-Si 합금의 경우와 동일한 경향을 나타내었다.

실시예 21

실시예 21에서는, 예비 성형체의 형상을 도 5에 나타내는 형상으로 변경한 점 이외에는 실시예 1과 동일 조건으로 인덕터 소자를 작성하였다. 한편, z1=z2=800μm로 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터, 예비 성형체의 형상을 도 5에 나타내는 형상으로 한 실시예 21은, 실시예 1과 비교하여 Sα및 Sβ1이 더 커지고, Sα-Sβ4도 더욱 커졌다. 그 결과, 직류 중첩 특성이 더욱 향상되었다.

2, 2A…인덕터 소자 4…권선부
4α…권축 중심 4β1…내주면
4β2…제1 단면 4β3…제2 단면
4β4…외주면 5…도체
6…코어부 6a…내주부
6b…외주부 6α…코어 중심 중앙 영역
6β1…권선 내주 근방 영역 6β2…제1 단면 근방 영역
6β3…제2 단면 근방 영역 60a~60k…예비 성형체
70a~70n…접합 예정면 80, 80a, 80b…인출홈
90a, 90b…수용홈부

Claims

코일 형상으로 도체가 권취되어 있는 권선부; 및
상기 권선부의 주위를 감싸고, 자성 분체와 수지를 포함하는 코어부;를 가지는 인덕터 소자로서,
상기 권선부는, 내주면, 외주면 및 권축 중심을 따라 서로 반대측에 위치하는 제1 단면 및 제2 단면을 가지고,
상기 내주면으로부터 상기 권축 중심을 향하여 소정 범위내의 거리인 상기 코어부의 영역을 권선 내주 근방 영역으로 하고,
상기 제1 단면으로부터 상기 권축 중심과 평행한 외측 방향을 향해 소정 범위내의 거리인 상기 코어부의 영역을 권선 제1 단면 근방 영역으로 하며,
상기 제2 단면으로부터 상기 권축 중심과 평행한 외측 방향을 향해 소정 범위내의 거리인 상기 코어부의 영역을 권선 제2 단면 근방 영역으로 하고,
상기 권축 중심으로부터 수직한 외측 방향에 상기 권선부가 존재하고, 상기 권축 중심으로부터 상기 수직한 외측 방향을 향해 소정 범위내의 거리인 상기 코어부의 영역을 코어 중심 중앙 영역으로 하는 경우로서,
상기 코어 중심 중앙 영역의 자성 분체의 면적 비율을 Sα(%),
상기 권선 내주 근방 영역의 자성 분체의 면적 비율을 Sβ1(%)로 하는 경우,
Sα-Sβ1≥5.0%인, 인덕터 소자.
제1항에 있어서,
상기 권축 중심을 통과하여 상기 권축 중심과 평행한 임의의 단면에서,
상기 코어 중심 중앙 영역 전체에서 차지하는 상기 자성 분체의 면적 비율을 Sα(%),
상기 제1 단면 근방 영역 전체에서 차지하는 상기 자성 분체의 면적 비율을 Sβ2(%),
상기 제2 단면 근방 영역 전체에서 차지하는 상기 자성 분체의 면적 비율을 Sβ3(%),
Sβ2와 Sβ3의 평균을 Sβ4(%)로 하는 경우,
Sα-Sβ4≥-2.0%인, 인덕터 소자.
제2항에 있어서,
Sα-Sβ4≥0%인, 인덕터 소자.
제3항에 있어서,
Sα-Sβ4≥5.0%인, 인덕터 소자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
Sα≥65%인, 인덕터 소자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 권선 내주 근방 영역의 자성 분체의 면적 비율을 Sβ1(%)로 하는 경우,
Sβ1≥60%인, 인덕터 소자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 단면 근방 영역 전체에서 차지하는 상기 자성 분체의 면적 비율을 Sβ2(%),
상기 제2 단면 근방 영역 전체에서 차지하는 상기 자성 분체의 면적 비율을 Sβ3(%),
Sβ2과 Sβ3의 평균을 Sβ4(%)로 하는 경우,
Sβ4≥60%인, 인덕터 소자.