KR20190078884A - 인덕터 - Google Patents

Abstract

본 개시는 관통홀을 포함하는 지지 부재, 상기 지지 부재의 일면 또는 타면 중 하나 이상에 배치되는 코일; 및 상기 관통홀의 내부를 포함하여, 상기 지지 부재 및 상기 코일을 봉합하는 자성체; 을 포함하는 바디와, 상기 바디의 외부면 상에 배치되는 외부전극을 포함하는 인덕터에 관한 것이다. 상기 코일은 복수의 코일 패턴을 포함하며, 서로 인접한 상기 복수의 코일 패턴 사이를 절연하며 상기 코일 패턴의 표면 상에 배치되는 절연층을 포함하며, 상기 절연층은 세라믹 재질을 포함하는 것이다.

Description

인덕터 {INDUCTOR}

본 개시는 인덕터에 관한 것이며, 구체적으로 파워 인덕터에 관한 것이다.

최근 휴대용 무선통신기기 및 웨어러블 발전으로 인하여 고기능의 경박단소의 부품이 요구된다. 특히, 사용 주파수가 고주파화되고 있으며, 사용주파수 영역에서의 안정적인 전원 공급이 필요하다. 이에 따라, 전원단에서 전류의 급격한 변화를 억제하는 기능을 가지는 파워 인덕터는 스마트폰 및 웨어러블 기기의 발전에 따라 점차 고주파수 및 고전류에서 사용할 수 있는 것을 요구하게 된다. 이러한 파워 인덕터는 사용자의 가혹한 환경에서도 고신뢰성의 부품 특성을 유지하기 위하여 고신뢰도의 제품 디자인이 요구되는데, 종래 인덕터 부품의 경우 코일 패턴 사이에 코팅에도 불구하고 절연 강도 저하로 인한 쇼트 불량을 유발할 소지가 높다.

한국 특허공개공보 제10-1999-0066108 호

본 개시가 해결하고자 하는 과제는 사용자의 가혹한 환경에서도 고신뢰성을 유지할 수 있는 인덕터를 제공하는 것이다.

본 개시의 일 예에 따른 인덕터는 관통홀을 포함하는 지지 부재, 상기 지지 부재의 일면 또는 타면 중 하나 이상에 배치되는 코일; 및 상기 관통홀의 내부를 포함하여, 상기 지지 부재 및 상기 코일을 봉합하는 자성체; 을 포함하는 바디와, 상기 바디의 외부면 상에 배치되는 외부전극을 포함하고, 상기 코일은 복수의 코일 패턴을 포함하며, 서로 인접한 상기 복수의 코일 패턴 사이를 절연하며 상기 코일 패턴의 표면 상에 배치되는 절연층을 포함하며, 상기 절연층은 세라믹 재질을 포함한다.

본 개시의 여러 효과 중 하나는 인덕터의 코일 내 복수의 코일 패턴 간의 절연 특성을 강화하여 코일 패턴 간 쇼트(short) 로 인한 불량 발생을 저감할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 코일 패턴 상에 배치되는 절연층의 절연 특성을 강화함으로써, 바디 내 포함되는 자성 물질 (즉, 자성 입자) 을 코일 패턴 상에 압착할 때, 자성 물질에 의한 기계적 응력으로 인해 절연층의 절연 파괴 및 자성 물질과 코일 패턴 간의 쇼트 불량이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 인덕터를 제공하는 것이다.

도1 은 본 개시의 일 예에 따른 인덕터의 사시도를 나타낸다.
도2 는 도1 의 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도3 은 도1 및 도2 에 도시된 인덕터에 대한 일 변형예에 따른 인덕터의 단면도이다.

이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 개시의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 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 개시를 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.

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.

이하에서는 본 개시의 일 예에 따른 인덕터를 설명하되, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

도1 은 본 개시의 일 예에 따른 인덕터의 사시도이고, 도2 는 도1 의 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도1 및 도2 를 참고하면, 본 개시의 인덕터 (100) 는 바디 (1) 와 상기 바디의 외부면 상에 배치된 외부전극 (2) 을 포함한다.

상기 외부전극 (2) 은 상기 바디의 외부면에서 서로 이격되도록 배치되는 제1 및 제2 외부전극 (21, 22) 을 포함하며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 서로 상이한 극성으로서 기능한다.

상기 바디 (1) 는 두께 (T) 방향으로 서로 마주하는 상면 및 하면, 길이 (L) 방향으로 서로 마주하는 제1 단면 및 제2 단면, 폭 (W) 방향으로 서로 마주하는 제1 측면 및 제2 측면을 포함하여 실질적으로 육면체 형상을 가질 수 있다.

제1 및 제2 외부전극의 각각은 상기 바디의 제1 및 제2 단면으로부터 상면의 일부, 하면의 일부, 제1 및 제2 측면의 일부까지 연장되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 제1 및 제2 외부전극이 알파벳 L 자형을 이루거나 하면에만 배치되도록 변형될 수 있는 것은 물론이다.

상기 바디 (1) 는 자성 특성을 가지는 자성체 (11) 을 포함하는데, 상기 자성 바디 내 자성체는 페라이트 또는 금속 자성 입자가 수지에 충진된 것일 수 있고, 상기 금속 자성 입자는 철(Fe), 실리콘(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 니켈 (Ni) 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 자성체는 바디 내 코일을 봉합하는데, 이 경우, 하나 이상의 자성 시트를 적층할 수도 있고, 또는, 몰딩하는 방식을 이용할 수도 있다. 상기 자성체를 복수 개의 자성 시트를 적층하는 방식을 활용할 때, 상기 복수 개의 자성 시트 간에는 경계면이 없이 일체로 구성될 수 있다. 특히, 상기 자성체를 복수 개의 자성 시트를 적층하는 방식을 활용하면 적층을 위하여 압착하는 힘에 의해 봉합되는 코일의 표면 상에 형성된 절연층이 손상될 우려가 있는데, 본 개시의 인덕터는 상기 절연층의 절연 강도를 강화함으로써 코일의 절연층이 손상될 우려를 제거한다.

상기 바디 (1) 내에는 자성체에 의해 충진되는 코일 (12) 및 지지 부재 (13) 가 포함된다.

먼저, 상기 코일 (12) 은 복수의 코일 패턴 (121, 122) 을 포함한다. 인덕터는 복수의 코일 패턴을 형성하는 방식에 따라 자성 시트 상에 코일 패턴을 형성한 후 이를 비아를 통해 서로 연결하여 코일 패턴을 형성하는 적층형 인덕터, 보빈 등을 활용하여 코일을 권취하는 권선형 인덕터, 및 기판의 일면 및 타면 중 적어도 한 면 상에 도금 공정을 적용하여 코일 패턴을 형성하는 박막형 인덕터로 구별된다. 본 개시의 인덕터 (100) 는 지지 부재를 포함하며, 상기 지지 부재의 상면 및 하면 중 적어도 하나 상에 코일 패턴을 형성시키는 방식을 채택하므로, 박막형 인덕터이다. 박막형 인덕터는 고용량의 인덕터를 형성할 때 유리한데, 이는 코일 패턴의 턴수와 종횡비를 증가시킴으로써 구현될 수 있다. 상기 코일 패턴 (121, 122) 의 단면은 실질적으로 두께 방향으로 길게 연장되는 직사각형의 형상을 가지는 것이 바람직하며, 필요에 따라 코일 패턴의 단면 중 상면을 볼록하거나 오목하게 변경할 수도 있다. 상기 코일 패턴 (121, 122) 을 형성하는 방식은 도금 방식을 활용하는데, 이를 위하여 지지 부재 상에 코일 패턴의 형성을 위한 소정의 패턴을 가지는 씨드층 (121a, 122a) 이 포함된다. 상기 씨드층을 형성하는 방식에는 아무런 제한이 없으며, 박막 도금층을 형성한 후, 드라이 필름을 활용하여 노광 및 현상을 통해 패터닝하는 방식을 사용할 수 있거나 스퍼터링 방식을 사용할 수 있는데, 당업자는 제조 환경 및 조건에 따라 적절히 선택하면 충분하다. 상기 씨드층 상에는 실질적으로 코일 패턴의 종횡비를 결정하는 도금층 (121b, 122b) 이 배치되는데, 상기 도금층은 복수 횟수에 걸친 도금 공정을 통해 형성될 수 있으며, 단일 횟수 만으로도 원하는 두께를 구현할 수 있는 경우에는 단 1회의 도금 공정만을 실시하여도 충분하다. 그런데, 단 1회의 도금 공정을 통해, 고 종횡비의 코일 패턴을 형성할 때는 코일 패턴이 두께 방향으로 성장함에 따라 두께 방향 뿐만 아니라 폭방향으로 균일하게 성장하지 못하는 문제가 빈번할 수 있다. 특히, 폭방향으로 균일하게 성장하지 못하고 과도하게 성장함으로써 서로 인접한 코일 패턴 간의 쇼트 불량을 발생시킬 가능성이 높다. 이를 방지하기 위해 예를 들어, 코일 패턴에 대응하는 형상의 개구부를 가지는 절연 패턴을 지지 부재 상에 형성한 후, 상기 개구부 내로만 도금이 적용되도록 할 수 있는데, 이러한 방식을 통해 원하지 않는 코일 패턴의 과도금으로 인해 발생되는 쇼트 불량이 미연에 방지될 수 있다. 상기 개구부를 가지는 절연 패턴은 코일 패턴의 형성을 완성한 후, 제거하기 때문에 최종 인덕터에서는 잔존하지 않는다.

서로 인접한 코일 패턴 (121, 122) 을 포함하는 코일 (12) 은 지지 부재 (13) 에 의해 지지되는데, 상기 지지 부재 (13) 는 코일을 보다 용이하게 형성할 수 있도록 보조하는 기능을 하며, 코일을 완성한 후 적절한 강도로 지지하는 기능도 한다. 상기 지지 부재 (13) 의 중앙에는 관통홀 (H) 이 포함되는데, 상기 관통홀 내에 자성체가 충진되기 때문에, 코일로부터 발생된 자속이 강화될 수 있다. 상기 지지 부재는 관통홀 이외에 관통홀 주변에 비아홀을 더 포함할 수 있다. 상기 비아홀은 코일이 지지 부재의 일면 및 타면의 모두에 배치될 때 상기 지지 부재의 일면 상에 형성되는 상부 코일과 타면 상에 형성되는 하부 코일을 전기적으로 연결할 수 있는 비아를 형성하기 위한 것이다. 상기 상부 및 하부 코일은 상기 지지 부재를 기준으로 하여 실질적으로 대칭으로 형성된다. 상기 비아홀의 내부는 전도성 물질로 충진되며 그 구체적인 형상은 당업자가 적절히 선택할 수 있다.

상기 관통홀을 포함하는 상기 지지 부재 (13) 는 박판의 형상으로 구성되는 것이 바람직한데, 그 구체적인 재질은 특별히 한정되지 않으며, 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들에 유리 섬유 또는 무기 필러와 같은 보강재가 함침된 수지일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 지지 부재 (13) 는 PID 수지, BT (Bismaleimide Triazine) 수지, ABF (Ajinomoto Build-up Film), FR-4 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 지지 부재의 구체적인 두께는 코일을 적절히 지지할 수 있는 정도이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 20㎛ 이상 60㎛ 이하일 수 있다.

상기 지지 부재 (13) 상에 코일 패턴 (121, 122) 이 지지되며, 상기 코일 패턴 (121, 122) 의 사이는 절연층 (14) 에 의해 절연된다. 상기 절연층 (14) 은 세라믹 절연 피막이다. 상기 절연층은 실리카 (silica) 나 알루미나 (alumina) 등의 세라믹 재질로 코일 패턴의 표면을 코팅함으로써 절연 특성, 특히, 절연 강도를 강화하기 위한 것이다. 이로써 절연 강화를 통한 인덕터의 신뢰성을 강화하는 결과를 발휘한다.

상기 절연층 (14) 을 형성하는 방식은 특별한 제약이 없으나, 예를 들어, 스퍼터링, CVD (Chemical Vapor Deposition), ALD (Atomic Layer Deposition) 등을 채택할 수 있으며, 당업자가 요구되는 특성 및 제조 환경을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.

상기 절연층 (14) 은 세라믹 재질을 포함하기 때문에, 코일 패턴의 표면 상에 수지를 코팅하는 경우보다 절연 신뢰성이 우수하다. 특히, 절연코팅된 코일을 자성체로 봉합하기 위하여, 자성 시트를 압착하는 방식을 사용할 때, 가해지는 외력에 의해 코일을 감싸고 있는 수지가 손상되는 경우가 빈번한데, 코일을 절연 강도가 우수한 세라믹 재질로 감싸는 경우, 상기 외력에도 불구하고 세라믹 재질이 손상되는 경우가 거의 없다. 그 결과, 인덕터를 제조하는 공정 중 혹은 사용자의 사용환경 중 절연 강도의 약화로 인해 코일 패턴 간의 쇼트 불량이 발생하는 위험성이 현저히 줄어든다.

도3 은 도1 및 도2 의 인덕터에 대한 일 변형예에 따른 인덕터 (200) 에 대한 단면도이다. 상기 인덕터 (200) 는 도1 및 도2 를 통해 설명한 인덕터 (100) 와 대비하여 절연층 (214) 의 구조가 상이할 뿐 실질적으로 중복되는 구성요소를 포함하기 때문에, 설명의 편의를 위하여 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.

상기 인덕터 (200) 는 복수의 코일 패턴 (221, 222) 의 표면 상에 세라믹 재질로 구성된 절연층 (214) 을 직접 배치함으로써, 코일의 절연 강도를 강화하는 점에서 상술한 인덕터 (100) 와 동일하지만, 상기 절연층 (214) 상에 절연막 (215) 을 더 포함한다. 상기 절연막 (215) 는 절연층 (214) 이 세라믹 재질로 구성되는 것과는 다르게 유기 재질로 구성되며, 구체적으로, 페릴린 (Parylene) 수지를 포함한다. 상기 페릴린은 코일 표면 상에 직접 코팅되어 단독의 절연층으로 사용된 바가 있으나, 본 개시의 인덕터 (200) 는 상기 페릴린을 코일 패턴의 표면 상에 직접 코팅시키지 않고, 코일 패턴의 표면 상에 1차적으로 세라믹 재질의 절연층을 형성한 후, 그 절연층 위에 2차적으로 페릴린 수지를 포함하는 절연막을 형성한다. 이 경우, 절연 강도는 보다 강화될 수 있으며, 2중 절연 구조로 인해 사용자의 사용환경이 고온/고습인 악조건에서도 절연 강도 및 신뢰성을 강화할 수가 있는 것이다.

상기 절연막을 형성하는 구체적인 방식에는 제한이 없으며, 유지 재질을 상기 세라믹 재질의 절연층 상에 형성할 수 있는 방식이면 충분하다. 예를 들어, 화학기상증착(CVD) 방식을 활용할 수 있으며, 이 경우, 지지 부재 내 관통홀의 내측면까지도 절연막이 연장될 수 있다.

전술한 바와 같이, 지지 부재를 활용하여 코일 패턴을 성장시킨 박막형 인덕터로서, 서로 인접한 코일 패턴 사이의 절연을 위하여 코일 패턴의 표면 상에 직접 형성되며, 세라믹 재질을 포함한 절연층을 포함하여 절연 강도를 강화한 인덕터가 제공된다.

본 개시는 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 개시의 범위에 속한다고 할 것이다.

한편, 본 개시에서 사용된 "일 예"라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그러나, 상기 제시된 일 예들은 다른 일례의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일예에서 설명된 사항이 다른 일예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일례에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.

한편, 본 개시에서 사용된 용어는 단지 일예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

100 : 인덕터
1: 바디
21, 22: 제1 및 제2 외부전극
11: 자성체
12: 코일
13: 지지 부재
121, 122: 코일 패턴

Claims (10)

1. 관통홀을 포함하는 지지 부재와, 상기 지지 부재의 일면 또는 타면 중 하나 이상에 배치되며 복수의 코일 패턴을 포함하는 코일 및 상기 관통홀의 내부를 포함하여 상기 지지 부재 및 상기 코일을 봉합하는 자성체을 포함하는 바디;
   상기 복수의 코일 패턴에서 서로 인접한 것들의 사이를 절연하며 상기 코일 패턴의 표면 상에 배치되는 절연층; 및
   상기 바디의 외부면 상에 배치되는 외부전극;을 포함하고,
   상기 절연층은 세라믹 재질을 포함하는 인덕터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 세라믹 재질은 알루미나를 포함하는, 인덕터.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 세라믹 재질은 실리카를 포함하는, 인덕터.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 코일 패턴의 각각은 씨드층 및 상기 씨드층 상에 형성되는 도금층을 포함하는, 인덕터.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 지지 부재는 상기 관통홀과 이격된 비아홀을 포함하고, 상기 비아홀은 도전성 물질로 충진된, 인덕터.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 절연층 상에는 절연막이 더 배치되는, 인덕터.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 절연막은 페릴린 수지를 포함하는, 인덕터.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 복수의 코일 패턴 중 최내측 코일 패턴의 내측면과 최외측 코일 패턴의 외측면에는 절연층과 절연막의 이중 절연 구조가 배치되는, 인덕터.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 자성체는 하나 이상의 자성 시트를 적층한 구조를 가지는, 인덕터.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 자성 시트는 복수 개이고, 상기 복수 개의 자성 시트 간에는 경계면이 없이 일체로 구성되는, 인덕터.
    
    

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