KR20190130274A - 인덕터 및 이를 구비하는 인덕터 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 코일 패턴이 배치된 복수의 절연층이 적층된 바디 및 상기 바디의 외측에 배치되는 제1 및 제2 외부 전극을 포함하며, 상기 복수의 코일 패턴은 코일 연결부를 통해 서로 연결되며, 양단부가 코일 인출부를 통해 상기 제1 및 제2 외부전극에 연결된 코일을 형성하며, 상기 코일 연결부는 상기 절연층보다 열팽창계수가 큰 재료로 구성되는 인덕터를 제공한다.

Description

인덕터 및 이를 구비하는 인덕터 모듈{INDUCTOR AND INDUCTOR MODULE HAVING THE SAME}
본 발명은 인덕터 및 이를 구비하는 인덕터 모듈에 관한 것이다.
최근 스마트폰의 경우, 다대역(多帶域) LTE(Long Term Evolution)의 적용으로 인해 많은 주파수 대역의 신호를 사용한다. 이로 인해 고주파 인덕터가 신호의 송·수신 RF 시스템에서 임피던스 매칭 회로로 주로 사용되고 있다. 고주파 인덕터는 소형화, 고용량화 하는 것이 요구되고 있다. 이와 더불어 고주파 인덕터는 높은 주파수대역의 자기공진주파수(SRF)와 낮은 비저항을 가져 100MHz 이상의 고주파에서 사용이 가능할 것이 요구 된다. 또한 사용되는 주파수에서의 손실을 줄이기 위해 높은 Q 특성을 요구하고 있는 실정이다.
이와 같은 높은 Q 특성을 가지기 위해서는 인덕터의 바디를 구성하는 재료의 특성이 가장 큰 영향을 미치나, 동일한 재료를 사용하는 경우에도 인덕터 코일의 형상에 따라 Q 값이 달라질 수 있으므로, 인덕터의 코일 형상을 최적화하여 더 높은 Q 특성을 가질 수 있도록 하는 방안이 필요한 실정이다.
한국 등록특허공보 제10-0869741호
본 발명의 일 목적 중 하나는, 높은 Q 특성을 갖는 인덕터 및 이를 구비하는 인덕터 모듈를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코일 패턴이 배치된 복수의 절연층이 적층된 바디 및 상기 바디의 외측에 배치되는 제1 및 제2 외부 전극을 포함하며, 상기 복수의 코일 패턴은 코일 연결부를 통해 서로 연결되며, 양단부가 코일 인출부를 통해 상기 제1 및 제2 외부전극에 연결된 코일을 형성하며, 상기 코일 연결부는 상기 절연층보다 열팽창계수가 큰 재료로 구성되는 인덕터를 제공한다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 코일 패턴이 배치된 복수의 절연층과, 상기 절연층을 관통하며 상기 복수의 코일 패턴을 연결하는 코일 연결부를 포함하는 인덕터, 상기 인덕터가 실장되는 기판, 및 상기 인덕터를 밀봉하는 밀봉재를 포함하며, 상기 코일 연결부는 상기 절연층보다 열팽창계수가 큰 재료로 구성되는 인덕터 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터는 밀봉재 내부에 밀봉되더라도 밀봉재의 수축력이나, 절연층의 열팽창에 의해 코일 연결부가 파손되는 것을 방지하므로, 인덕터 실장 과정에서 인덕터가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터를 개략적으로 도시한 투시 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 인덕터의 정면도.
도 3은 도 1에 도시된 인덕터의 평면도.
도 4는 도 1의 인덕터를 포함하는 인덕터 모듈의 단면도.
도 5는 도 4의 A 부분을 확대하여 도시한 확대 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 예는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 각 실시 예의 도면에 나타난 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
이하, 도면의 W, L, T는 각각 제1 방향, 제2 방향, 제3 방향으로 정의될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터를 개략적으로 도시한 투시 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 인덕터의 정면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 인덕터의 평면도이다. 또한 도 4는 도 1의 인덕터를 포함하는 인덕터 모듈의 단면도이고, 도 5는 도 4의 A 부분을 확대하여 도시한 확대 단면도이다.
도 1 내지 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 구조를 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 바디(101)는 실장면에 수평한 제1 방향으로 복수의 절연층(111)이 적층되어 형성될 수 있다.
상기 절연층(111)은 자성층 또는 유전층 일 수 있다.
절연층(111)이 유전층인 경우, 절연층(111)은 BaTiO3(티탄산바륨)계 세라믹 분말 등을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 BaTiO3계 세라믹 분말은 예를 들면 BaTiO3에 Ca(칼슘), Zr(지르코늄) 등이 일부 고용된 (Ba1-xCax)TiO3, Ba(Ti1-yCay)O3, (Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3 또는 Ba(Ti1-yZry)O3 등이 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
절연층(111)이 자성층인 경우, 절연층(111)은 인덕터의 바디로 사용될 수 있는 물질 중 적절한 것을 선택할 수 있으며, 예컨대, 수지, 세라믹, 페라이트 등을 예로 들 수 있다. 본 실시예의 경우, 자성층은 감광성 절연재를 이용할 수 있으며, 이에 의하여 포토 리소그래피 공정을 통한 미세 패턴의 구현이 가능할 수 있다. 즉, 감광성 절연재로 자성층을 형성함으로써 코일 패턴(121), 코일 인출부(131) 및 코일 연결부(132)를 미세하게 형성하여 인덕터(100)의 소형화 및 기능 향상에 기여할 수 있다. 이를 위하여 자성층에는 예컨대 감광성 유기물이나 감광성 수지가 포함될 수 있다. 이 외에 자성층에는 필러(Filler) 성분으로서 SiO2/Al2O3/BaSO4/Talc 등의 무기 성분이 더 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 절연층(111)은 후술되는 코일 연결부(132)보다 열팽창계수가 낮은 재료로 구성된다. 예를 들어, 절연층(111)은 분말이나 필러(Filler)의 양을 조절하여 열팽창계수를 조정할 수 있다.
본 실시예에 따른 절연층(111)은 세라믹이나 수지 재질로 형성될 수 있다. 또한 필러(예컨대, 실리카 필러)를 함유한 수지(예컨대 에폭시)를 이용하는 것도 가능하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
바디(101)의 외측에는 제1 및 제2 외부전극(181, 182)이 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 외부전극(181, 182)은 바디(101)의 실장면에 배치될 수 있다. 실장면이란 인덕터가 인쇄회로기판에 실장될 때에 인쇄회로기판을 향하는 면을 의미한다.
외부전극(181, 182)은 인덕터(100)가 인쇄회로기판(PCB)에 실장 될 때, 인덕터(100)를 기판과 전기적으로 연결시키는 역할을 수행한다. 외부전극(181, 182)은 바디(101)의 실장면 가장자리에 서로 이격되어 배치된다.
외부전극(181, 182)은, 예를 들어, 전도성 수지층과, 상기 전도성 수지층 상에 형성된 도체층을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전도성 수지층은 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 은(Ag)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 도전성 금속과 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 도체층은 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 주석(Sn)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni)층과 주석(Sn)층이 순차로 형성될 수 있다.
절연층(111) 내에는 코일 패턴(121)이 형성될 수 있다.
코일 패턴(121)은 인접하는 코일 패턴(121)과 코일 연결부(132)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 나선형의 코일 패턴(121)이 코일 연결부(132)에 의해 연결되어 코일(120)을 형성한다. 코일 연결부(132)는 코일 패턴(121) 사이의 연결성을 향상시키기 위하여 코일 패턴(121)에 비해 넓은 선폭을 가질 수 있으며, 절연층(111)을 관통하는 도전성 비아를 포함한다.
코일(120)의 양단부는 코일 인출부(131)에 의해 각각 제1 및 제2 외부전극(181, 182)과 연결된다. 상기 코일 인출부(131)는 상기 바디(101)의 길이 방향 양측 단부로 노출되며, 기판 실장면인 하면으로도 노출될 수 있다. 이로 인하여, 상기 코일 인출부(131)는 상기 바디(101)의 길이-두께 방향 단면에서 L자 형상을 가질 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 절연층(111) 중 외부전극(181, 182)에 대응하는 위치에 더미 전극(140)이 형성될 수 있다. 더미 전극(140)은 외부전극(181, 182)과 바디(101) 사이의 밀착력을 향상시키는 역할을 수행하거나, 외부전극(181, 182)이 도금으로 형성되는 경우에는 브릿지(bridge) 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 더미 전극(140)과 코일 인출부(131)는 비아 전극(142)에 의해 서로 연결될 수 있다.
코일 패턴(121), 코일 인출부(131) 및 코일 연결부(132)의 재질로는 도전성이 뛰어난 금속인 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 또는 이들의 합금과 같은 도전성 물질을 사용할 수 있다. 코일 패턴(121), 코일 인출부(131), 및 코일 연결부(132)는 도금법 또는 인쇄법으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 인덕터(100)는 도 2와 같이, 절연층(111)에 코일 패턴(121), 코일 인출부(131) 또는 코일 연결부(132) 등을 형성한 후에 절연층(111)을 실장면에 수평한 제1 방향으로 적층하여 제조되기 때문에 용이하게 인덕터(100)를 제조할 수 있다. 또한 코일 패턴(121)이 실장면에 수직하게 배치되기 때문에 실장기판에 의해 자속이 영향을 받는 것을 최소화할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 인덕터(100)의 코일(120)은 제1 방향에서 투사시에 코일 패턴(121)들이 중첩되어 1회 이상의 코일 턴수를 가지는 코일 궤도를 형성하게 된다.
구체적으로, 제1 외부전극(181)과 제1 코일패턴(121a)이 코일 인출부(131)에 의해 연결되고, 이후 순차적으로 제1 내지 제9 코일패턴(121a - 121i)이 코일 연결부(132)에 의해 연결된다. 마지막으로 제9 코일패턴(121i)이 제2 외부전극(182)과 코일 인출부(131)에 의해 연결되어 코일(120)을 형성하게 된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 코일 연결부(132)를 구성하는 재료의 열팽창계수가 절연층(111)을 구성하는 재료의 열팽창계수보다 크게 구성된다.
예를 들어, 코일 연결부(132)는 열팽창계수가 16~18ppm/℃ 범위인 재료로 구성될 수 있으며, 절연층(111)은 열팽창계수가 4~15 ppm/℃ 범위인 재료로 구성될 수 있다.
또한 코일 연결부132)의 열팽창계수와 절연층(111)의 열팽창계수는, 1 ppm/℃ 이상의 차이를 가질 수 있다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 인덕터(100)는 코일 인출부(131)가 대각 방향에 배치되므로, 절연층(111) 내부에 배치되는 코일 패턴(121)은 전체적으로 비대칭 구조를 갖는다. 따라서 외부로부터 압력이 가해지는 경우, 상대적으로 강성이 취약한 코일 연결부(132)가 쉽게 파손될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 인덕터 모듈을 제조하기 위해, 인덕터(100)를 기판(5)에 실장한 후, EMC와 같은 밀봉재(7)로 인덕터(100)를 밀봉하는 경우, 밀봉재(7)가 경화될 때 발생하는 수축력이나, 인덕터 모듈을 모 기판에 실장하는 과정에서 진행되는 리플로우(Reflow) 공정에서 인덕터(100)에는 큰 압축응력(또는 전단응력)이 작용하게 된다.
또한 인덕터(100) 내부적으로는 절연층(111)과 코일 연결부(132)의 열팽창계수 차이로 인해, 코일 연결부(132)에 힘이 가해지게 된다.
이에 도 5를 참조하면, 코일 연결부(132)가 받는 힘(P)은 인덕터(100)에 작용하는 밀봉재(7)의 수축력(P1), 그리고 코일 연결부(132)와 절연층(111)의 열팽창계수 차이로 인해 발생하는 힘(P2)에 의해 결정된다.
또한, 코일 연결부(132)와 절연층(111)의 열팽창계수 차이로 인해 발생하는 힘(P2)은, 절연층(111)이 열팽창하면서 코일 연결부(132)에 가하는 힘(Pb)과, 코일 연결부(132)가 열팽창하면서 절연층(111)에 가하는 힘(Pc)에 의해 규정된다.
여기서, Pb와 Pc는 서로 반대 방향으로 작용하게 되므로, P2는 실질적으로 Pb와 Pc의 차(差, Pb - Pc)에 비례하게 된다.
절연층(111)의 열팽창계수가 코일 연결부(132)의 열팽창계수보다 큰 경우, Pb가 Pc보다 크게 되어 P2는 양수가 되며, 이에 코일 연결부(132)에 가해지는 힘(P)은 P1과 P2의 합이 된다.
반면에, 코일 연결부(132)의 열팽창계수가 절연층(111)의 열팽창계수보다 큰 경우, Pc가 Pb 보다 크게 되므로, P2는 음수가 되며, 이에 코일 연결부(132)에 가해지는 힘(P)은 P1과 P2의 차(差)가 된다.
따라서, 코일 연결부(132)의 열팽창계수가 절연층(111)의 열팽창계수 보다 큰 경우, P2가 P1과 반대 방향으로 작용하게 되어 P1에 의한 영향을 최소화하게 되며, 이에 밀봉재(7)의 수축력이나, 열팽창계수의 차이로 인해 코일 연결부(132)가 파손되는 것으로 방지할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 인덕터(100)는 코일 연결부(132)를 구성하는 재료의 열팽창계수가 절연층(111)을 구성하는 재료의 열팽창계수보다 크게 구성된다.
본 실시예에 따른 인덕터(100)의 효과를 확인하기 위해, 다양한 상황에서 인덕터의 등가 응력을 측정하였다.
그 결과, 기판(5)에 실장되지 않고 밀봉재(7)로 밀봉되지 않은 인덕터(100)의 경우, 코일 연결부(132)에서 16.96MPa의 등가 응력이 측정되었다.
그리고, 코일 연결부(132)의 열팽창계수가 절연층(111)의 열팽창계수 보다 작은 인덕터(100)를 도 4에 도시된 바와 같이 기판(5)에 실장하여 밀봉재(7)로 밀봉한 경우, 동일한 위치에서 152.9MPa의 등가 응력이 측정되었다.
반면에, 코일 연결부(132)의 열팽창계수가 절연층(111)의 열팽창계수 보다 큰 인덕터(100)를 도 4에 도시된 바와 같이 기판(5)에 실장하여 밀봉재(7)로 밀봉한 경우, 동일한 위치에서 118.7MPa의 등가 응력이 측정되었다.
따라서, 코일 연결부(132)의 열팽창계수가 절연층(111)의 열팽창계수를 조정함으로써, 23% 수준까지 코일 연결부(132)에 가해지는 응력이 저감되는 것을 확인하였다.
이처럼 본 실시예에 따른 인덕터는 밀봉재 내부에 밀봉되더라도 밀봉재의 수축력이나, 절연층의 열팽창에 의해 코일 연결부가 파손되는 것을 방지하므로, 인덕터 실장 과정에서 인덕터가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
또한, 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 인덕터
101: 바디
120: 코일
121: 코일 패턴
131: 코일 인출부
132: 코일 연결부
140: 더미 패턴
181, 182: 외부 전극

Claims (6)

  1. 코일 패턴이 배치된 복수의 절연층이 적층된 바디; 및
    상기 바디의 외측에 배치되는 제1 및 제2 외부 전극;을 포함하며,
    상기 복수의 코일 패턴은 코일 연결부를 통해 서로 연결되며, 양단부가 코일 인출부를 통해 상기 제1 및 제2 외부전극에 연결된 코일을 형성하며,
    상기 코일 연결부는 상기 절연층보다 열팽창계수가 큰 재료로 구성되는 인덕터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연층은,
    세라믹 또는 실리카 필러를 함유한 수지 재질로 형성되는 인덕터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코일 연결부는,
    구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 또는 이들의 합금에서 선택된 어느 하나의 재료로 구성되는 인덕터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연층의 열팽창계수는 4~15 ppm/℃의 범위 내에 포함되고,
    상기 코일 연결부의 열팽창계수는 16~18ppm/℃의 범위 내에 포함되는 인덕터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코일 연결부의 열팽창계수와 상기 절연층의 열팽창계수는,
    1 ppm/℃ 이상의 차이를 갖는 인덕터.
  6. 코일 패턴이 배치된 복수의 절연층과, 상기 절연층을 관통하며 상기 복수의 코일 패턴을 연결하는 코일 연결부를 포함하는 인덕터;
    상기 인덕터가 실장되는 기판; 및
    상기 인덕터를 밀봉하는 밀봉재;
    를 포함하며,
    상기 코일 연결부는 상기 절연층보다 열팽창계수가 큰 재료로 구성되는 인덕터 모듈.
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