KR20190045577A - 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 복수의 절연층은 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 포함하되, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 몰비를 기준으로 Ni의 함량은 5 ~ 15%, Cu의 함량은 5 ~ 10%, Zn의 함량은 28 ~ 35%이며 평균 결정립 크기가 10um 이상이다.

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. 자성체의 대표적인 물질로서 Ni-Cu-Zn계 페라이트가 있는데, Ni-Cu-Zn계 페라이트의 경우 최대로 얻을 수 있는 투자율이 1200 수준으로 알려져 있다. 그런데, 내부 전극과 페라이트를 동시 소성하는 경우 페라이트는 상대적으로 낮은 온도에서 소결되어야 하는데 이에 따라 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 이론적인 투자율도 실제로는 구현하기 어려운 문제가 있다.
최근에는 1KHz ~ 300KHz의 저주파 노이즈 규제가 강화되고 있으며 이러한 경향은 자동차 부품 등의 분야에서 심화되고 있는데, 적층형 인덕터의 투자율을 향상시켜야만 이에 대응할 수 있다.
높은 투자율을 확보하기 위하여 Mn-Zn계 페라이트가 사용되고 있는데, Mn-Zn계 페라이트는 온도에 따른 특성 변화가 크고 금속과의 동시 소성 조건을 맞추기가 쉽지 않다.
본 발명의 목적 중 하나는 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 사용한 적층형 코일 전자 부품에서 투자율 등과 같은 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 복수의 절연층은 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 포함하되, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 몰비를 기준으로 Ni의 함량은 5 ~ 15%, Cu의 함량은 5 ~ 10%, Zn의 함량은 28 ~ 35%이며 평균 결정립 크기가 10um 이상이다.
일 실시 예에서, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 평균 결정립 크기는 10um 이상, 20um 이하일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 투자율이 1500 이상일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 1% 내지 5%의 산소 분압 하에서 소결된 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트에서 Fe의 함량은 몰비를 기준으로 45 ~ 55%일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 소결 조제 성분을 함유하지 않을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 소결 조제 성분은 V2O5, Bi2O3 및 SiO2를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 코일 패턴은 복수 개 구비되어 적층된 형태일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 코일 패턴을 연결하는 복수의 도전성 비아를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 코일 패턴은 Ag를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 코일 전자 부품을 사용할 경우, 높은 수준의 투자율을 구현할 수 있으며, 이에 따라 저주파 노이즈 특성 등이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품을 개략적으로 나타낸 사시도로서 내부의 코일 패턴이 드러나도록 절개한 것이다.
도 2는 도 1의 실시 형태에 따른 코일 전자 부품에서 코일 패턴의 형태를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 코일 전자 부품에 채용된 절연층이 가질 수 있는 결정립의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 저 산소 분위기 조건에서 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 소결 거동을 나타낸 모식도이다.
도 5 및 도 6은 각각 산소 분압을 달리하여 소결된 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 인덕턴스와 RX 교차 주파수 특성을 측정한 결과이다.
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 절개한 것이다. 도 2는 도 1의 실시 형태에 따른 코일 전자 부품에서 코일 패턴의 형태를 나타낸 것이다. 그리고 도 3은 도 1의 코일 전자 부품에 채용된 절연층이 가질 수 있는 결정립의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 코일 전자 부품(100)은 바디(110), 코일부(120) 및 외부 전극(130)을 포함하는 구조이며, 바디(110)를 구성하는 복수의 절연층(111)은 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 포함한다. 이하, 코일 전자 부품(100)을 구성하는 각 요소를 설명한다.
바디(110)는 복수의 절연층(111)과 그 위에 배치된 코일부(120)를 포함하는 형태이다. 바디(110)를 구성하는 복수의 절연층(111)은 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 소결체이다. 코일부(120)는 복수 개 구비되어 적층된 형태의 코일 패턴(121)을 포함하며 코일 패턴(121)은 적층 방향을 따라 나선형의 코일 형태를 형성한다. 이 경우, 서로 다른 레벨에 형성된 코일 패턴들(121)은 도전성 비아(124)에 의하여 연결될 수 있다. 그리고 코일부(120)는 코일 패턴(121) 중 최상부와 최하부에 배치된 것들과 외부 전극(130)을 각각 연결되기 위해 바디(110)의 외부로 인출되는 인출부(123)를 포함할 수 있다. 인출부(123)는 코일 패턴(121)과 동일한 물질과 동일한 공정을 사용하여 얻어질 수 있다.
코일 패턴(121)은 복수의 절연층(111) 상에 소정의 두께로 도전성 금속을 포함하는 도전성 페이스트를 인쇄하여 형성될 수 있다. 코일 패턴(121)을 형성하는 도전성 금속은 전기 전도도가 우수한 금속이라면 특별히 제한되지 않으며 예를 들면, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu) 또는 백금(Pt) 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다. 코일 패턴(121)이 녹는점이 낮은 Ag를 포함하는 경우 절연층(111)에 포함된 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 소결 온도를 낮춰야 하므로 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 투자율을 높이는데 한계가 있다. 본 실시 형태에서는 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 조성과 결정립의 크기를 조절하여 코일 패턴(121)이 Ag를 포함하여 낮은 온도에서 소결되는 경우에도 높은 수준의 투자율을 얻을 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
외부전극(130)은 바디(110)의 외부에 형성되어 코일 패턴(121)과 접속되며, 도 1에 도시된 형태와 같이 인출부(123)와 연결될 수 있다. 외부 전극(130)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성될 수 있으며 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 절연층(111)은 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 포함하며, 본 발명자들의 연구에 따르면 특정 조성 범위의 Ni-Cu-Zn계 페라이트에서 결정립 크기를 상대적으로 크게 조절함으로써 소결 온도를 증가시키지 않으면서도 약 1500 이상의 높은 투자율을 구현할 수 있다. 이러한 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 몰비를 기준으로 Ni의 함량은 5 ~ 15%, Cu의 함량은 5 ~ 10%, Zn의 함량은 28 ~ 35%이며, 이러한 조성 범위를 가질 경우 낮은 산소 분압 조건에서 페라이트의 결정 성장이 촉진되는 것을 확인하였다. 또한, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트에서 주성분인 Fe의 경우, 그 함량은 몰비를 기준으로 45 ~ 55%일 수 있다. 본 실시 형태에서 제안하는 조성 범위와 소결 조건을 만족하는 경우, 소결 조제가 따로 첨가되지 않더라도 소결성이 우수하여 페라이트 결정립(g)이 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 소결 조제 성분을 함유하지 않을 수 있다. 여기서, 상기 소결 조제 성분은 V, Bi, Si 성분이 대표적이며, 각각 V2O5, Bi2O3 및 SiO2의 형태로 첨가되는 것이 일반적이지만 소결 조제를 첨가하는 경우 투자율이 저하될 수 있으며, 이를 고려하여 본 실시 형태의 Ni-Cu-Zn계 페라이트에서는 이를 사용하지 않았다.
도 3을 참조하면, 결정 성장이 촉진됨으로써 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 결정립(g)은 종래보다 크게 형성될 수 있으며, 구체적으로 평균 결정립 크기가 10um 이상이다. 더욱 구체적으로 정의하면, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 평균 결정립 크기는 10um 이상, 20um 이하일 수 있다. 이는 종래 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 결정립이 일반적으로 1~2um 수준이며, 액상 소결조제를 첨가하더라도 4~5um 수준인 것과 비교하여 현저하게 크다. 여기서, 결정립의 크기는 개별 결정립의 넓이를 측정한 후 이를 동일한 넓이를 갖는 원의 직경으로 환산한 원상당 직경으로 정의할 수 있다.
상술한 조성 범위를 갖는 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 경우, 산소 분압이 낮은 조건에서 소결될 시 결정 성장이 촉진되어 결정립의 크기가 증가될 수 있으며, 이를 도 4 내지 6을 참조하여 설명한다. 도 4는 저 산소 분위기 조건에서 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 소결 거동을 나타낸 모식도이다. 도 5 및 도 6은 각각 산소 분압을 달리하여 소결된 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 인덕턴스와 RX 교차 주파수 특성을 측정한 결과이다. 여기서 RX 교차 주파수는 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 저항(R)과 인덕턴스(X)의 크기가 같아지는 주파수로서 일반적으로 재료의 투자율에 반비례하는 경향을 보인다.
도 4를 참조하면, 낮은 산소 분압 하에서 소결되는 경우 음이온(B)인 산소 자리에는 공공(V)이 발생하며, 이를 Zn, Ni, Cu 등의 양이온(A)이 치환하게 된다. 이에 따라 낮은 산소 분압에서는 이온의 확산 구동력이 증가되어 낮은 온도에서도 높은 소결성을 확보할 수 있다. 그리고 도 5 및 도 6의 그래프를 살펴보면, 약 1% 내지 5%의 산소 분압 하에서 소결된 Ni-Cu-Zn계 페라이트에서 인덕턴스와 투자율이 증가됨을 확인할 수 있다. 본 실시 형태와 달리 동일 조성의 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 대기 하에 소성(약 920˚)하였을 때에는 결정립의 평균 크기가 0.5~1.5um 수준이었으며, 원하는 수준의 투자율을 얻을 수 없었다.
이와 같이, 상술한 실시 형태에서 제안하는 조성 범위와 평균 결정립 크기를 갖는 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 사용하여 적층형 인덕터를 구현할 경우, 소결성이 향상될 수 있으므로 코일 패턴을 이루는 금속과 동시 소성이 가능하면서도 높은 수준의 투자율을 얻을 수 있다. 이러한 적층형 인덕터는 1MHz 이하의 저주파 노이즈 제거용 부품으로 효과적으로 이용될 수 있으며 높은 투자율 특성이 요구되는 다양한 분야에 적용될 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
111:
120: 코일부
121: 코일 패턴
123: 인출부
124: 도전성 비아
130: 외부 전극

Claims (10)

  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 복수의 절연층은 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 포함하되, 상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 몰비를 기준으로 Ni의 함량은 5 ~ 15%, Cu의 함량은 5 ~ 10%, Zn의 함량은 28 ~ 35%이며 평균 결정립 크기가 10um 이상인 코일 전자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트의 평균 결정립 크기는 10um 이상, 20um 이하인 코일 전자 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 투자율이 1500 이상인 코일 전자 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 1% 내지 5%의 산소 분압 하에서 소결된 코일 전자 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트에서 Fe의 함량은 몰비를 기준으로 45 ~ 55%인 코일 전자 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Ni-Cu-Zn계 페라이트는 소결 조제 성분을 함유하지 않는 코일 전자 부품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소결 조제 성분은 V2O5, Bi2O3 및 SiO2를 포함하는 코일 전자 부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코일 패턴은 복수 개 구비되어 적층된 형태인 코일 전자 부품.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 코일 패턴을 연결하는 복수의 도전성 비아를 더 포함하는 코일 전자 부품.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코일 패턴은 Ag를 포함하는 코일 전자 부품.
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