KR20190042949A - 코일 전자 부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품은 복수의 절연층, 상기 절연층 상에 배치된 코일 패턴을 포함하는 바디 및 상기 바디 외부에 형성되어 상기 코일 패턴과 접속된 외부 전극을 포함하며, 상기 외부 전극은 무전해도금층으로 이루어진 제1층 및 상기 제1층 상에 형성되며 폴리머 베이스에 금속 입자가 분산된 형태의 제2층을 포함한다.

Description

코일 전자 부품 {Coil Electronic Component}
본 발명은 코일 전자 부품에 관한 것이다.
코일 전자 부품에 해당하는 인덕터는 저항(resistor), 컨덴서(condenser)와 더불어 전자 회로를 이루는 부품중의 하나이며, 노이즈(noise) 제거나 LC 공진 회로를 이루는 부품 등으로 사용된다. 이 경우, 인덕터는 코일의 형태에 따라서 적층형, 권선형, 박막형 등 다양한 형태로 분류할 수 있다.
적층형 인덕터의 경우, 자성체를 주재료로 하는 절연체 시트 상에 도전성 페이스트 등으로 코일 패턴을 형성하고 적층하여 적층 소결체 내부에 코일을 형성하는 방식으로 인덕턴스를 구현한다. 이러한 적층형 인덕터의 외부 전극은 다층의 도금 전극으로 구성되는데 도금 공정으로 전해 도금 공정이 일반적으로 이용된다. 그런데 전해 도금으로 형성된 도금 전극의 경우, 전극 두께의 균일성이 낮고 미도금 영역이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 목적 중 하나는 코일 전자 부품의 외부 전극의 두께 균일성을 향상시킴으로써 직류 저항(Rdc)과 같은 전기적 특성을 향상시키는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 형태를 통하여 코일 전자 부품의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 복수의 절연층, 상기 절연층 상에 배치된 코일 패턴을 포함하는 바디 및 상기 바디 외부에 형성되어 상기 코일 패턴과 접속된 외부 전극을 포함하며, 상기 외부 전극은 무전해도금층으로 이루어진 제1층 및 상기 제1층 상에 형성되며 폴리머 베이스에 금속 입자가 분산된 형태의 제2층을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 무전해도금층은 Cu 무전해도금층일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2층의 금속 입자는 Ag 입자일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1층 및 제2층은 직접 접촉할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 무전해도금층은 Cu 무전해도금층이고, 상기 제2층의 금속 입자는 Ag 입자일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 Cu 무전해도금층의 Cu 성분 중 일부는 상기 Ag 입자의 Ag 성분으로 치환될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2층에서 상기 금속 입자의 함량은 15중량% 이하일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2층에서 상기 금속 입자의 평균 직경은 50nm 이하일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1층의 두께는 5-15um일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2층의 두께는 0.01-1.0um일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2층은 상기 외부 전극의 최외층을 이룰 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 외부 전극은 L자 형상 또는 일(一)자 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 외부 전극은 상기 바디의 일면에만 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 바디 내에는 상기 코일 패턴과 상기 외부 전극을 연결하는 인출부가 더 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1층은 상기 인출부와 직접 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 코일 전자 부품을 사용할 경우, 외부전극의 두께 균일성이 향상됨에 따라 직류 저항(Rdc)과 같은 전기적 특성이 개선될 수 있으며, 나아가, 이러한 코일 전자 부품은 일괄 적층 공법 등을 통하여 효과적으로 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 사시도로서 내부의 코일 패턴이 드러나도록 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 A 방향에서 바라본 투시도이다.
도 3은 도 1의 실시 형태에서 채용된 외부 전극에서 제2층을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도 12는 변형 예에 따른 코일 전자 부품을 나타낸다.
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 통상의 기술자에게 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 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 사시도로서 내부의 코일 패턴이 드러나도록 도시한 것이다. 도 2는 도 1의 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 A 방향에서 바라본 투시도이다. 그리고 도 3은 도 1의 실시 형태에서 채용된 외부 전극에서 제2층을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 실시 형태에 따른 코일 전자 부품(100)은 바디(110), 코일 패턴(120) 및 외부 전극(130, 140)을 포함하는 구조이다. 이하, 코일 전자 부품(100)을 구성하는 각 요소를 설명한다.
바디(110)는 복수의 절연층(후술할 공정에 대한 설명에서 110`에 해당)과 상기 절연층 상에 배치된 코일 패턴(120)을 포함하는 형태이다. 바디(110)를 구성하는 절연층의 경우, 인덕터의 바디를 형성하는 일 요소로 사용될 수 있는 물질 중 적절한 것을 선택할 수 있으며, 예컨대, 수지, 세라믹, 페라이트 등을 예로 들 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 바디(110)의 절연층은 감광성 절연재를 이용할 수 있으며, 이에 의하여 포토 리소그래피 공정을 통한 미세 패턴의 구현이 가능할 수 있다. 즉, 감광성 절연재로 절연층을 형성함으로써 도전성 비아(123), 코일 패턴(120) 등을 미세하게 형성하여 부품(100)의 소형화 및 기능 향상에 기여할 수 있다. 이를 위하여 바디(110)의 절연층에는 예컨대 감광성 유기물이나 감광성 수지가 포함될 수 있다. 이 외에 바디(110)의 절연층에는 필러(Filler) 성분으로서 SiO2/Al2O3 /BaSO4/Talc 등의 무기 성분이 더 포함될 수 있다.
코일 패턴(120)은 적층 방향을 따라 나성형의 코일 형태를 형성한다. 이 경우, 서로 다른 레벨에 형성된 코일 패턴들(120)은 도전성 비아(123)에 의하여 연결될 수 있다. 코일 패턴(120)은 고 전도성 금속을 패터닝하여 얻어질 수 있으며, 예컨대, 동박 에칭(Cu foil etching)을 이용하는 텐팅(Tenting)법, 동도금을 이용하는 SAP(Semi Additive Process), MASP(Modified Semi Additive Process)등을 예로 들 수 있다. 코일 패턴(120)을 형성하기 위한 금속 물질의 경우, 구리(Cu), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au) 또는 백금(Pt) 등의 단독 또는 혼합 물질이 있다. 이러한 패터닝 방식 외에도 코일 패턴(120)은 도금이나 스퍼터링 등의 공정으로 형성될 수도 있다.
한편, 바디(110) 내에는 코일 패턴(120)과 외부 전극(130, 140)을 연결하는 인출부(121, 122)가 포함될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 인출부(121, 122)는 도 1 및 도 2에 도시된 형태를 기준으로 바디(110)의 하면으로 노출되어 외부 전극(130, 140)가 접속될 수 있다. 그리고 도시된 형태와 같이, 코일 패턴(120)은 부품(100)의 실장 방향에 수직 방향으로 배치될 수 있다.
도전성 비아(123)는 서로 다른 층에 위치한 코일 패턴(120)을 연결하기 위한 것이다. 도전성 비아(123)는 도금층으로 형성될 수 있으며, 예컨대, Cu 도금으로 형성될 수 있다. 그리고 도전성 비아(123)는 층간 연결성을 더욱 강화하기 위하여 Sn 등으로 이루어진 범프 구조를 포함할 수 있다.
외부 전극(130, 140)은 바디 외부에 형성되며 한 쌍으로 구성될 수 있으며, 서로 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 형태와 같이, 외부 전극(130, 140)은 L자 형상을 가질 수 있으며, 바디(110)의 하면과 측면에만 형성될 수 있다. 외부 전극(130, 140)이 L자 형상을 가짐으로써 코일 패턴(120)은 실장 방향에 수직으로 배치될 수 있다. 다만, 도 12의 변형 예에 도시된 형태와 같이 외부 전극(130, 140)은 바디(110)의 일면(도면을 기준으로는 하면)에만 형성되어 일(一)자 형상을 가질 수도 있다.
본 실시 형태의 경우, 외부 전극(130, 140)은 다층 구조를 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로 제1층(131, 141)과 제2층(132, 142)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1층(131, 141)은 무전해도금층으로 이루어지며, 제2층(132, 142)은 폴리머 베이스에 금속 입자가 분산된 형태이다.
제1층(131, 141)은 외부 전극(130, 140) 중 코일 패턴(120)과 바디(110)에 가장 인접한 층으로서 인출부(121, 122)와 직접 접촉하는 형태로 형성될 수 있다. 종래에는 이러한 제1층(131, 141)을 전해도금을 통해 형성하는 것이 일반적이었다. 그런데 전해도금으로 전극을 형성하는 경우 두께 균일성을 확보하기 어려우며 미도금 영역이 발생되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 실시 형태에서는 무전해도금층으로 제1층(131, 141)을 형성하였으며, 예컨대, Cu 무전해도금층을 사용할 수 있다. 이러한 제1층(131, 141)은 제2층(132, 142)보다 상대적으로 두껍게 형성될 수 있으며, 구체적인 두께(t1)는 약 5-15um일 수 있다. 무전해도금층을 이용한 제1층(131, 141)의 경우, 두께 균일성이 향상될 수 있으며, 본 발명의 발명자들의 실험에 따르면, 평균 두께가 10um인 경우, 두께 편차는 0.5um 이하였다. 이러한 결과는 같은 조건에 전해도금층을 형성할 시 두께 편차가 1.5um 수준인 것과 비교하여 두께 편차가 현저히 저감된 것이며, 외부 전극(130, 140)의 두께 균일성이 향상됨에 따라 직류 저항(Rdc)과 같은 전기적 특성이 개선될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2층(132, 142)은 폴리머 베이스(133)에 금속 입자(134)가 분산된 형태이며, 이는 종래에 사용되던 Ni, Sn 도금층을 대체하기 위한 것이다. Ni, Sn 도금층을 대체하는 것이므로 제2층(132, 142)은 외부 전극(130, 140)의 최외층을 이룰 수 있다. 이는 제2층(132, 142)을 커버하는 추가적인 외부 전극이 사용되지 않는 것을 의미한다.
폴리머 베이스(133)는 제1층(131, 141)을 커버하여 이를 보호하며, 이러한 보호 기능을 수행할 수 있는 물질이라면 특별한 제한 없이 채용될 수 있다. 예컨대, 폴리머 베이스(133)는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrole) 등의 물질로 이루어질 수 있다. 그리고 폴리머 베이스(133)는 부품(100)을 기판 등에 실장할 경우에는 솔더링 공정에 의해 녹거나 부품(100)으로부터 이탈될 수 있다. 제2층(132, 142)은 제1층(131, 141)보다 상대적으로 얇게 형성될 수 있는데, 구체적인 두께(t2)는 약 0.01-1.0um 수준으로 채용될 수 있다. 이는 종래 사용되던 Ni, Sn 도금층이 각각 수 um 두께 수준인 것과 비교하여 매우 얇은 것으로 제2층(132, 142)을 폴리머 전극으로 채용함으로써 부품(100)의 소형화에 유리할 수 있다. 또한, 폴리머 베이스(133)를 갖는 제2층(132, 142)의 경우 제1층(131, 141)과 마찬가지로 두께 균일성이 높으며 본 발명자의 실험에 따르면 평균 두께가 0.5um인 경우, 두께 편차는 0.2um 이하였다
금속 입자(134)는 제2층(132, 142)에 도전성을 부여하며, Ag 입자로 이루어질 수 있다. 금속 입자(134)의 기능을 고려하여 그 함량이 조절될 수 있는데, 제2층(132, 142)에서 금속 입자(134)의 함량은 15중량% 이하일 수 있다. 그리고 금속 입자(134)는 나노 사이즈 입자가 사용될 수 있는데, 금속 입자(134)의 평균 직경(d)은 50nm 이하일 수 있다.
한편, 제2층(132, 142)은 금속 입자가 분산된 폴리머 용액에 부품(100)을 침적하는 공정에 의해 제1층(131, 141) 표면에 형성될 수 있다. 이러한 방법으로 형성할 경우, 제1층(131, 141) 및 제2층(132, 142)은 직접 접촉하게 될 수 있다. 또한, Cu 무전해도금층으로 제1층(131, 141)을, Ag로 금속 입자(134)를 형성하는 경우, 제2층(132, 142)의 형성 과정에서 상기 Cu 무전해도금층의 Cu 성분 중 일부는 상기 Ag 입자의 Ag 성분으로 치환될 수 있고, 이러한 반응에 의해 제2층(132, 142)이 효과적으로 형성될 수 있다.
이하, 도 4 내지 11을 참조하여 상술한 구조를 갖는 코일 전자 부품의 제조방법의 일 예를 설명한다. 후술할 제조방법의 설명으로부터 코일 전자 부품의 구조적 특징이 더욱 명확해질 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 상술한 코일 전자 부품은 복수의 단위 적층체를 일괄하여 정합 적층하는 방법으로 제조될 수 있으며, 그 예로서, 절연층(110`), 코일 패턴(120), 도전성 비아(123) 등을 포함하는 단위 적층체를 제작한다.
우선, 도 4에 도시된 형태와 같이, 캐리어층(201)을 마련한다. 캐리어층(201)은 열 경화성 수지의 재질로 이루어질 수 있으며, 표면에는 동박층(202, 203)이 형성되어 있을 수 있다. 이에 따라, 캐리어층(201)은 동박 적층판(Copper Clad Laminate)의 형태로 제공될 수 있다. 동박층(202, 203)은 코일 패턴(121) 및 연결 패턴(122)의 형성을 위한 시드나 후속 공정에서 캐리어층(201)을 용이하기 분리하는 기능 등을 수행하며, 실시 형태에 따라서는 제외될 수도 있을 것이다.
이후, 도 5에 도시된 형태와 같이, 캐리어층(201) 상에 코일 패턴(120)을 형성하며, 이 경우, 상술한 형태의 인출부(121, 122)도 형성될 수 있다. 이 경우, 공정 효율성을 높이기 위해 코일 패턴(120)을 캐리어층(201)의 상면과 하면 모두에서 형성할 수 있다. 코일 패턴(120)은 동박층(203) 상에 마스크층을 적층 및 패터닝한 후 Cu 등을 도금하여 얻어질 수 있으며, 이후 상기 마스크층은 제거된다.
다음으로, 도 6에 도시된 형태와 같이, 코일 패턴(120)을 덮도록 절연층(110`)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 절연층(110`)은 감광성 절연재를 이용하여 얻어질 수 있으며, 예컨대 진공 라미네이터를 이용하여 도포될 수 있다. 이 경우, 절연층(110`)은 약 10-80um의 두께를 가질 수 있으며, 필요한 목적에 따라 금속이나 세라믹 필러를 함유할 수 있다. 또한, 절연층(110`)에 포함되는 감광성 물질의 양에 의하여 절연층(110`)의 경화도가 조절될 수 있으며, 열 경화성 물질과 감광성 물질을 2종 이상 혼합할 수도 있다.
다음으로, 도 7 및 도 8에 도시된 형태와 같이 코일 패턴(120)과 연결되도록 도전성 비아(123)를 형성하며, 이를 위하여, 감광성 절연재인 절연층(110`)을 UV 등으로 노광 및 현상하여 관통 홀(H)을 형성한 후 이를 채우도록 도전성 비아(123)를 형성하기 위한 물질, 예컨대, Cu 도금층을 형성할 수 있다. 그리고 층간 연결성을 향상시키기 위해 도전성 비아(123) 상에 Sn 등으로 이루어진 범프 구조(124)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9에 도시된 형태와 같이 절연층(110`), 코일 패턴(120), 도전성 비아(123)를 커버하는 보호필름(210)을 형성하며, 다만, 본 공정은 경우에 따라 실행되지 않을 수도 있을 것이다. 그리고 앞선 공정에서 얻어진 절연층(110`), 코일 패턴(120) 및 도전성 비아(123) 등을 캐리어층(201)으로부터 분리하여 도 10과 같은 단위 적층체(220)를 얻는다. 이 경우, 절연층(110`)과 코일 패턴(120) 등에 동박층(202, 203)이 잔존하는 경우, 당 기술 분야에서 알려진 에칭 공정을 적절히 적용하여 제거될 수 있다.
이렇게 얻어진 단위 적층체(220)를 복수 개 마련하고 도 11에 도시된 형태와 같이 이를 정합하여 적층한다. 복수의 단위 적층체들(220)은 일괄적으로 적층되며, 이 경우 열과 압력을 가하여 적층 구조물을 얻을 수 있다. 그리고 필요한 경우 상기 적층 구조물을 단위 칩 별로 분리하는 다이싱 공정이 실행될 수 있다. 이렇게 얻어진 적층 구조물은 따로 소성 공정을 거치지 않고도 안정적으로 층간 결합이 구현될 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 미리 제작된 단위 적층체(220)를 한번에 적층하여 바디를 형성함으로써 각 층을 순차적으로 적층하는 공법과 비교하여 전체 공정 수와 공정 시간을 줄일 수 있으며, 이는 공정 비용 감소로 이어진다. 또한, 본 실시 형태에 따른 제조 방법의 경우, 코일패턴(120)의 개수나 두께를 적절히 조절함으로써 코일 전자 부품(100)의 크기, 전기적 특성 등의 사양을 효과적으로 구현하는 데에도 유리하다. 다만, 본 실시 형태에서는 복수의 단위 적층체(220)를 한번에 적층하였으나 단위 적층체의 개수에 따라 2회나 그 이상으로 나누어서 적층할 수도 있을 것이다.
단위 적층체(220)의 적층 공정 후에는 코일 패턴(120)과 연결되도록 외부 전극(130, 140)을 형성하여 도 1과 같은 구조를 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이 외부 전극(130, 140) 중 제1층(131, 141)은 두께 균일도 확보를 위하여 Cu 등을 무전해도금하여 형성할 수 있다. 또한, 제2층(132, 142)은 폴리머와 금속 입자를 포함하는 용액을 이용하여 형성될 수 있으며, 이로부터 폴리머 베이스에 금속 입자가 분산된 형태로 얻어질 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 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: 코일 전자 부품
110: 바디
110`: 절연층
120: 코일 패턴
121, 122: 인출부
123: 도전성 비아
124: 범프 구조
130, 140: 외부 전극
131, 141: 제1층
132, 142: 제2층
133: 폴리머 베이스
134: 금속 입자
201: 캐리어층
202, 203: 동박층
210: 보호 필름
220: 단위 적층체

Claims (15)

  1. 복수의 절연층, 상기 절연층 상에 배치된 코일 패턴을 포함하는 바디; 및
    상기 바디 외부에 형성되어 상기 코일 패턴과 접속된 외부 전극;을 포함하며,
    상기 외부 전극은 무전해도금층으로 이루어진 제1층 및 상기 제1층 상에 형성되며 폴리머 베이스에 금속 입자가 분산된 형태의 제2층을 포함하는 코일 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무전해도금층은 Cu 무전해도금층인 코일 전자 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2층의 금속 입자는 Ag 입자인 코일 전자 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 및 제2층은 직접 접촉하고 있는 코일 전자 부품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무전해도금층은 Cu 무전해도금층이고, 상기 제2층의 금속 입자는 Ag 입자인 코일 전자 부품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 Cu 무전해도금층의 Cu 성분 중 일부는 상기 Ag 입자의 Ag 성분으로 치환된 코일 전자 부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2층에서 상기 금속 입자의 함량은 15중량% 이하인 코일 전자 부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2층에서 상기 금속 입자의 평균 직경은 50nm 이하인 코일 전자 부품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1층의 두께는 5-15um인 코일 전자 부품.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2층의 두께는 0.01-1.0um인 코일 전자 부품.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은 상기 외부 전극의 최외층을 이루는 코일 전자 부품.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은 L자 형상 또는 일(一)자 형상을 갖는 코일 전자 부품.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은 상기 바디의 일면에만 형성된 코일 전자 부품.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 바디 내에는 상기 코일 패턴과 상기 외부 전극을 연결하는 인출부가 더 포함되는 코일 전자 부품.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1층은 상기 인출부와 직접 접촉하고 있는 코일 전자 부품.
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