KR20210073286A

KR20210073286A - 코일 부품

Info

Publication number: KR20210073286A
Application number: KR1020190163946A
Authority: KR
Inventors: 이영일; 여정구; 황지훈; 신명기; 문병철
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-18
Also published as: US11646146B2; CN112951542A; US20210175001A1

Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 부품은 지지부재 및 상기 지지부재의 적어도 일면에 배치된 코일부가 내설된 바디 및 상기 코일부와 접속된 외부 전극을 포함하며, 상기 바디는 다수의 금속 자성 입자를 포함하며, 상기 다수의 금속 자성 입자 중 적어도 일부는 소성 변형 가능한 제1 입자를 포함하며, 상기 제1 입자 중 적어도 일부는 표면이 변형되어 인접한 다른 금속 자성 입자의 표면에 대응하는 형상을 갖는다.

Description

코일 부품{COIL COMPONENT}

본 발명은 코일 부품에 관한 것이다.

디지털 TV, 모바일 폰, 노트북 등과 같은 전자 기기의 소형화 및 박형화에 수반하여 이러한 전자 기기에 적용되는 코일 부품에도 소형화 및 박형화가 요구되고 있으며, 이러한 요구에 부합하기 위하여 다양한 형태의 권선 타입 또는 박막 타입의 코일 부품의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

코일 부품의 소형화 및 박형화에 따른 주요한 이슈는 이러한 소형화 및 박형화에도 불구하고 기존과 동등한 특성을 구현하는 것이다. 이러한 요구를 만족하기 위해서는 자성물질이 충전되는 코어에서 자성물질의 비율을 증가시켜야 하지만, 인덕터 바디의 강도, 절연성에 따른 주파수 특성 변화 등의 이유로 그 비율을 증가시키는 것에 한계가 있다.

코일 부품을 제조하는 일 예로서, 자성 입자와 수지 등을 혼합한 시트를 코일에 적층한 후 가압하여 바디를 구현하는 방법이 이용되고 있다. 자성 입자의 예로서 포화자속밀도를 높이기 위하여 Fe계 합금 등이 이용되고 있다.

본 발명의 목적 중 하나는 금속 자성 입자를 포함하는 코일 부품의 특성을 위함이며, 이를 위하여 바디 내에서 금속 자성 입자의 충전율을 향상시켜 코일 부품의 자기적 특성을 향상시키고자 하였다.

상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 예를 통하여 코일 부품의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 지지부재 및 상기 지지부재의 적어도 일면에 배치된 코일부가 내설된 바디 및 상기 코일부와 접속된 외부 전극을 포함하며, 상기 바디는 다수의 금속 자성 입자를 포함하며, 상기 다수의 금속 자성 입자 중 적어도 일부는 소성 변형 가능한 제1 입자를 포함하며, 상기 제1 입자 중 적어도 일부는 표면이 변형되어 인접한 다른 금속 자성 입자의 표면에 대응하는 형상을 갖는다.

일 실시 형태에서, 상기 제1 입자는 Fe 성분의 결정질을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제1 입자는 순철을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제1 입자의 표면은 인접한 다른 제1 입자의 표면에 대응하는 형상을 가질 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제1 입자의 표면은 오목부를 포함하며 이와 인접한 다른 제1 입자의 표면에는 상기 오목부에 삽입되는 형태의 볼록부를 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 다수의 금속 자성 입자는 상기 제1 입자보다 크기가 큰 제2 입자를 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제2 입자는 소성 변형되지 않는 재질일 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제2 입자는 Fe계 비정질 합금을 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 제1 입자는 Fe 성분의 결정질을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제2 입자 중 적어도 일부는 구형이며, 상기 제1 입자 중 상기 구형의 제2 입자와 인접한 것은 상기 구형의 제2 입자의 표면에 대응하는 형상을 가질 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제1 입자의 크기는 10㎛ 이하이며, 상기 제2 입자의 크기는 20㎛ 이상일 수 있다.

일 실시 형태에서,

상기 코일부의 표면을 커버하는 절연층을 더 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 절연층은 상기 코일부의 측면과 상면과 커버하는 일체 구조일 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 절연층은 F 타입 파릴렌 성분을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 절연층은 상기 코일부의 측면과 상면과 커버하는 제1층 및 상기 제1층을 커버하는 제2층을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제1층은 파릴렌 성분을 포함하며, 상기 제2층은 에폭시 성분을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 절연층은 상기 코일부의 측면과 상면과 커버하되 상기 코일부의 표면을 따라 형성된 제1층 및 상기 제1층을 커버하는 제2층을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 상기 제1층은 원자층 증착층이며, 상기 제2층은 파릴렌 성분을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 코일 부품의 경우, 바디 내에서 금속 자성 입자의 충전율이 향상되어 인덕턴스 등의 특성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 부품을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 코일 부품의 개략적인 단면도로서 각각 I-I' 면 및 II-II'면에 해당한다.
도 4 및 도 5는 도 2의 코일 부품에서 바디 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 8은 변형된 코일 부품에서 채용될 수 있는 코일부와 이를 커버하는 절연층을 개략적으로 나타낸 것이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 코일 부품의 외형을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 코일 부품의 개략적인 단면도로서 각각 I-I' 면 및 II-II'면에 해당한다. 그리고 도 4 및 도 5는 도 2의 코일 부품에서 바디 영역을 확대하여 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 부품(100)은 주요하게는 지지부재(102) 및 코일부(103)가 내설된 바디(101)와 외부전극(120, 130)을 포함하는 구조이다. 도 4 및 도 5에 도시된 형태와 같이, 바디(101)는 다수의 금속 자성 입자(111)를 포함하며, 다수의 금속 자성 입자(111) 적어도 일부는 소성 변형 가능한 제1 입자(111)를 포함하며, 제1 입자(111) 중 적어도 일부는 표면이 변형되어 인접한 다른 금속 자성 입자(111, 112)의 표면에 대응하는 형상을 갖는다.

바디(101)는 지지부재(102), 코일부(103) 등을 봉합하여 이를 보호하며, 코일 부품(100)의 외관을 이룰 수 있다. 도 4에 도시된 형태와 같이, 다수의 금속 자성 입자(111, 112)를 포함한다. 이 경우, 바디(101)는 금속 자성 입자(111, 112)가 수지 등으로 이루어진 절연체(110)에 분산된 형태일 수 있다. 절연체(110)는 열경화성 수지, 열가소성 수지, 왁스계열, 무기계 등의 물질을 사용할 수 있다. 금속 자성 입자(111, 112)는 자기적 특성이 우수한 Fe계 합금이나 순철(Fe) 성분을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 다수의 금속 자성 입자(111, 112)는 소성 변형 가능한 제1 입자(111)를 포함한다. 또한, 도 4에 도시된 형태와 같이, 다수의 금속 자성 입자(112)는 제1 입자(111)보다 크기가 큰 제2 입자(112)를 포함한다. 본 실시 형태의 경우, 제1 입자(111)를 소성 변형 가능한 재질로 채용함으로써 바디(101)를 고압에서 성형할 수 있으며 이에 따라 바디(101) 내에서 금속 자성 입자(111, 112)의 충전율이 향상될 수 있다. 이와 관련한 보다 상세한 사항은 후술한다.

코일부(103)는 코일 부품(100)의 코일로부터 발현되는 특성을 통하여 전자 기기 내에서 다양한 기능을 수행하는 역할을 한다. 예를 들면, 코일 부품(100)은 파워 인덕터일 수 있으며, 이 경우 코일부(103)는 전기를 자기장 형태로 저장하여 출력 전압을 유지하여 전원을 안정시키는 역할 등을 수행할 수 있다. 이를 위하여 코일부(103)는 1회 이상 턴을 형성하는 나선형 구조를 가질 수 있으며, 지지 기판(102)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 본 실시 형태에서는 코일부(103)가 지지부재(102)의 서로 대향하는 2개의 면에 배치된 제1 및 제2 코일 패턴(103a, 103b)을 포함하는 예를 나타내고 있다. 이 경우, 제1 및 제2 코일 패턴(103a, 103b)은 패드 영역(P)을 포함할 수 있으며, 지지부재(102)를 관통하는 비아(V)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 이러한 코일 패턴(103a, 103b)은 당 기술 분야에서 사용되는 도금 공정, 예컨대, 패턴 도금, 이방 도금, 등방 도금 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있으며, 이들 공정 중 복수의 공정을 이용하여 다층 구조로 형성될 수도 있다. 도시된 형태와 같이 코일 패턴(103a, 103b)은 중앙에 코어 영역(C)을 갖는다. 코일 패턴(103)의 코어 영역(C)에는 바디(101)를 구성하는 물질이 충진될 수 있다.

인출 패턴(L)은 코일부(103)의 최외곽에 배치되어 외부 전극(105, 106)과의 접속 경로를 제공하며 코일부(103)와 일체 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 도시된 형태와 같이 외부 전극(105, 106)과의 연결을 위해 인출 패턴(L)은 코일 패턴(103)보다 폭이 더 넓은 형태로 구현될 수 있으며, 여기서 폭이라 함은 도 1을 기준으로 X 방향의 폭에 해당한다.

코일부(103)를 지지하는 지지부재(102)의 경우, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 지지부재, 페라이트 지지부재 또는 금속계 연자성 지지부재 등으로 형성될 수 있다. 이 경우, 지지부재(102)의 중앙 영역에는 관통 홀이 형성될 수 있으며, 상기 관통 홀에는 자성 재료가 충전되어 코어 영역(C)을 형성할 수 있는데, 이러한 코어 영역(C)은 바디(101)의 일부를 구성한다. 이와 같이, 자성 재료로 충전된 형태로 코어 영역(C)을 형성함으로써 코어 부품(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.

외부 전극(105, 106)은 봉합재(101)의 외부에 배치되어 인출 패턴(L)과 연결된다. 외부 전극(105, 106)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하는 페이스트를 사용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등을 포함하는 전도성 페이스트일 수 있다. 또한, 외부 전극(105, 106) 상에 도금층을 더 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 도금층은 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.

상술한 바와 같이, 금속 자성 입자(111, 112)는 제1 및 제2 입자(111, 112)를 포함하며, 제1 입자(111)는 제2 입자보다 크기가 작다. 소성 변형 가능하면서 상대적으로 크기가 작은 제1 입자(111)를 채용함으로써 바디(101) 내의 금속 자성 입자(111, 112)의 충전율을 증가시킬 수 있는데 여기서, 제1 입자(111)의 크기는 10㎛ 이하일 수 있다. 또한, 제2 입자(112)의 크기는 20㎛ 이상일 수 있다.

제1 입자(111)는 소성 변형이 가능한 금속 입자로서 예컨대 Fe 성분의 결정질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 입자(111)는 순철, 예컨대 CIP (Carbonyl Iron Powder)를 포함할 수 있다. 고압 성형에 의하여 바디(101)를 형성하는 경우, 제1 입자(111) 중 적어도 일부는 소성 변형되며, 이에 따라 제1 입자(111)의 표면은 인접한 다른 제1 입자(111)의 표면에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 여기서, 다른 입자의 표면에 대응하는 형상이라 함은 제1 입자(111)의 표면 중 적어도 일부가 인접한 다른 제1 입자(111)와 유사하거나 실질적으로 동일한 형상을 갖도록 변형된 것을 의미한다. 이러한 형태의 예로서, 도 4에서 볼 수 있듯이, 제1 입자(111)의 표면은 오목부(P1)를 포함하며 이와 인접한 다른 제1 입자(111)의 표면에는 오목부(P2)에 삽입되는 형태의 볼록부(P2)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 입자(111)는 인접한 다른 제1 입자(111)와 접촉할 수 있으며, 또한, 접촉하지 않고 이들 사이에 절연체(110) 등이 개재될 수도 있다. 제1 입자(111)가 소성 변형되어 상술한 형태의 표면 형상을 가짐에 따라 금속 자성 입자(111, 112)의 충전율이 증가될 수 있으며, 여기서, 충전율이라 함은 바디(101) 내에서 금속 자성 입자(111, 112)가 차지하는 부피로 정의될 수 있다.

제2 입자(112)의 경우, 제1 입자(111)보다 크기가 크며, 이와 같이 서로 다른 입도 분포를 갖는 입자들을 혼용함으로써 한 종류의 입자를 사용하는 경우보다 바디(101) 내에서 금속 자성 입자(111, 112)의 충전율이 증가될 수 있다. 제1 입자(111)와 달리 제2 입자(112)는 소성 변형되지 않는 재질로 구현될 수 있다. 이를 위하여, 제2 입자(112)는 Fe계 비정질 합금을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 입자(112)는 철(Fe), 실리콘(Si), 크롬(Cr), 붕소(B) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 예를 들어, Fe-Si-B-Cr계 비정질 금속일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적인 예로서, 금속 자성 입자는 Fe-Si-B-Nb-Cr 조성의 합금, Fe-Ni계 합금 등으로 형성될 수 있다. 다만, 제2 입자(112)가 소성 변형되지 않는다는 것의 의미는 소성 변형이 전혀 일어나지 않는다는 것보다는 소성 변형이 거의 없어서 실질적으로 소성 변형되지 않는다고 볼 수 있는 경우, 제1 입자(111)보다 소성 변형성이 낮은 경우를 말한다.

소성 변형성이 낮은 제2 입자(112)의 경우, 도시된 형태와 같이 그 중 적어도 일부는 구형을 유지한다. 그리고 제1 입자(111) 중 구형의 제2 입자(112)와 인접한 것은 그 표면에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 입자(111) 중 제2 입자(112)와 인접한 것은 표면 중 적어도 일부가 함몰된 형태로서 그 함몰된 영역의 표면은 구면의 일부를 이룰 수 있다.

도 4의 실시 형태에서는 입도 분포가 다른 제1 및 제2 입자(111, 112)가 채용된 형태를 제안하고 있는데 이와 달리 입도 분포가 서로 다른 3종류의 입자를 채용할 수도 있다. 또한, 한 종류의 입자만 사용될 수도 있으며, 이는 도 5에 도시된 형태와 같다. 이 경우, 바디(101) 내에는 소성 변형 가능한 제1 입자(111)만이 포함되며 바디(101)의 고압 성형에 의하여 제1 입자(111)는 인접한 다른 제1 입자(111)에 대응하는 형상의 표면 구조를 가질 수 있다.

한편, 바디(101)를 고압 성형하는 경우 금속 자성 입자(111, 112)로부터 코일부(103)를 절연하기 위한 절연 구조가 필요하며, 도 6 내지 도 8에 도시된 형태와 같이 코일부(103)를 커버하는 절연층이 채용될 수 있다. 본 발명에서는 이러한 절연층의 물질과 형상 등을 고압 성형에 적합하게 채용하여 코일부(103)의 절연 성능과 기계적 안정성 등을 향상시키고자 하였다.

우선, 도 6의 실시 형태의 경우, 절연층(120)은 코일부(103)의 표면을 커버하며, 구체적으로, 절연층(120)은 코일부(103)의 측면과 상면을 커버하는 일체 구조로 형성될 수 있다. 여기서, 절연층(120)은 F 타입 파릴렌(Parylene) 성분을 포함할 수 있다. F 타입 파릴렌의 경우, N 타입 페럴린에 비하여 인장 및 항복 강도가 우수하며, 이에 따라 절연층(120)은 코일부(103)를 더욱 효과적으로 보호할 수 있다.

다음으로, 도 7의 실시 형태의 경우, 절연층은 2층 구조를 포함하는데, 구체적으로, 제1층(121)은 코일부(103)의 측면과 상면과 커버하며, 제2층(122)은 제1층(121)을 커버한다. 여기서, 제1층(121)은 파릴렌 성분을 포함하며 제2층(122)에 의한 추가 절연 구조가 있기 때문에 도 6의 실시 형태와 달리 파릴렌 성분은 특정 종류로 제한될 필요는 없을 것이다. 제2층(122)의 경우, 에폭시 성분을 포함한다. 제2층(122)에 포함되는 에폭시의 경우, 다양한 종류의 프리커서(precursor)와 조성 설계가 가능하다는 장점이 있으며 바디(101)의 절연체(110)와의 밀착력도 우수하기 때문에 보다 안정적인 절연 구조를 구현하는데 도움이 될 수 있다.

다음으로, 도 8의 실시 형태의 경우, 절연층은 2층 구조를 포함하는데, 구체적으로, 제1층(123)은 코일부(103)의 측면과 상면과 커버하되 코일부(103의 표면을 따라 형성된 측면과 상면과 커버하며, 제2층(124)은 제1층(123)을 커버한다. 제1층(123)은 원자층 증착(Atomic Layer Diposition)으로 형성된 ALD층일 수 있으며, 예컨대, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂ 등과 같은 세라믹 물질을 포함할 수 있다. ALD층의 경우, 수백 nm 수준으로 얇게 구현될 수 있으며, 이에 따라, 제1층(123)은 코일부(103)의 표면을 추종하는 형상을 가질 수 있다. 이러한 ALD층은 두께가 얇더라도 높은 수준의 절연 특성과 강도 특성을 갖기 때문에 매우 안정적인 절연 구조가 구현될 수 있다. 제2층(124)의 경우, 파릴렌 성분을 포함할 수 있으며, 이와 달리 에폭시 등의 다른 물질로 형성될 수도 있을 것이다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 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 부품
101: 바디
102: 지지부재
103: 코일부
105, 106: 외부 전극
110: 절연체
111, 112: 금속 자성 입자
120: 절연층
121, 123: 제1층
122, 124: 제2층
C: 코어 영역
V: 도전성 비아

Claims

지지부재 및 상기 지지부재의 적어도 일면에 배치된 코일부가 내설된 바디; 및
상기 코일부와 접속된 외부 전극;을 포함하며,
상기 바디는 다수의 금속 자성 입자를 포함하며,
상기 다수의 금속 자성 입자 중 적어도 일부는 소성 변형 가능한 제1 입자를 포함하며,
상기 제1 입자 중 적어도 일부는 표면이 변형되어 인접한 다른 금속 자성 입자의 표면에 대응하는 형상을 갖는 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 제1 입자는 Fe 성분의 결정질을 포함하는 코일 부품.
제2항에 있어서,
상기 제1 입자는 순철을 포함하는 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 제1 입자의 표면은 인접한 다른 제1 입자의 표면에 대응하는 형상을 갖는 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 제1 입자의 표면은 오목부를 포함하며 이와 인접한 다른 제1 입자의 표면에는 상기 오목부에 삽입되는 형태의 볼록부를 포함하는 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 다수의 금속 자성 입자는 상기 제1 입자보다 크기가 큰 제2 입자를 포함하는 코일 부품.
제6항에 있어서,
상기 제2 입자는 소성 변형되지 않는 재질인 코일 부품.
제6항에 있어서,
상기 제2 입자는 Fe계 비정질 합금을 포함하는 코일 부품.
제8항에 있어서,
상기 제1 입자는 Fe 성분의 결정질을 포함하는 코일 부품.
제6항에 있어서,
상기 제2 입자 중 적어도 일부는 구형이며, 상기 제1 입자 중 상기 구형의 제2 입자와 인접한 것은 상기 구형의 제2 입자의 표면에 대응하는 형상을 갖는 코일 부품.
제6항에 있어서,
상기 제1 입자의 크기는 10㎛ 이하이며, 상기 제2 입자의 크기는 20㎛ 이상인 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 코일부의 표면을 커버하는 절연층을 더 포함하는 코일 부품.
제12항에 있어서,
상기 절연층은 상기 코일부의 측면과 상면과 커버하는 일체 구조인 코일 부품.
제13항에 있어서,
상기 절연층은 F 타입 파릴렌 성분을 포함하는 코일 부품.
제12항에 있어서,
상기 절연층은 상기 코일부의 측면과 상면과 커버하는 제1층 및
상기 제1층을 커버하는 제2층을 포함하는 코일 부품.
제15항에 있어서,
상기 제1층은 파릴렌 성분을 포함하며,
상기 제2층은 에폭시 성분을 포함하는 코일 부품.
제12항에 있어서,
상기 절연층은 상기 코일부의 측면과 상면과 커버하되 상기 코일부의 표면을 따라 형성된 제1층 및
상기 제1층을 커버하는 제2층을 포함하는 코일 부품.
제17항에 있어서,
상기 제1층은 원자층 증착층이며,
상기 제2층은 파릴렌 성분을 포함하는 코일 부품.