KR20220069684A - 저인덕턴스 메탈 콤포짓 파워 인덕터 - Google Patents

Abstract

권선된 도선을 금속 자성체 분말내에 매립 성형하여 제조하는 인덕터에 있어서, 상기 매립된 도선 부분의 권선 횟수를 1/2회 내지 1회 미만의 범위로 되게 함으로써, 인덕턴스 값을 0.1 μH 이하로 낮춘 메탈 콤포짓 파워 인덕터가 기재되어 있다.

Description

저인덕턴스 메탈 콤포짓 파워 인덕터 {METAL COMPOSITED POWER INDUCTOR WITH LOW INDUCTANCE}

본발명은 메탈 콤포짓 파워 인덕터에 관한 것으로서, 특히 저항 특성 및 인덕턴스가 극히 낮은 메탈 콤포짓 파워 인덕터에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 인덕터라함은 전자기장(電磁氣場)에 기반하는 전자 부품의 일종으로서, 전류의 변화를 이용하여 전압의 변화를 유도하는 전자 부품이다.

인덕터는, 휴대용 전자 기기나 장치 또는 산업 전반에 걸쳐 두루 쓰이고 있다. 예컨대, 변압기, 스피커, 휴대폰 등의 소형에 사용할 경우에 전압 변화를 필요로 하는 전자 제품에 범용되는 부품으로서 뿐만 아니라, 최근 자동차 전장품, 의료 기기, 기타 중장비 등의 부품으로서의 용도를 넓혀 가고 있는 부품이라 할 수 있다.

인덕터를 구성하는 주요소인 도선 [에나멜 등의 절년 재료로 피복된 코일 또는 평각선 (平角線)을 말하는데, 이하 이 명세서에서는 혼용하여 사용할 경우도 있음.]은 원래 전류의 변화를 방해하는 성질이 있는데, 이는 도선이 자기장에 반응하는 척도라고 정의되는 값, 즉 도선의 효율성 척도를 가르키는 값인 인덕턴스 (inductance)에 의하여 정의될 수 있다. 일반적으로, 코일 권선형 인덕터에 있어서 인덕턴스는 다음의 관계식으로 나타낼 수 있다.

식 : L∝μAN²/ℓ

상기 식에 있어서, L은 인덕턴스이고,μ는 상대 투자율이며, A는 인덕터 코어의 내부 단면적이고, N은 코일의 권선 횟수이며, ℓ은 코일 주위에 형성되는 자로 (磁路)의 길이이다. 시판중인 권선형 인덕터의 인덕턴스 값은 일반적으로 0.1 μH 이상, 즉 L > 0.1 μH [여기서, H는 인덕턴스의 단위인 헨리 (Henry)를 나타낸다.]이다.

상기 식에 의하면, 상대 투자율 (μ)과 인덕터 코어의 단면적 (A) 및 자로의 길이 (ℓ)를 일정하게 유지할 경우, 코일의 권선 횟수 (N)가 적을수록 인덕턴스의 값은 감소한다.

오늘날 각종 전자 기기의 스위칭 주파수가 증가하게 됨에 따라 극단적으로 낮은 인덕턴스 특성 (즉, 저인덕턴스화)과 높은 정격 전류 (즉, 대전류화)를 나타내는 인더터의 필요성이 점증하게 되었는데, 이러한 특성을 구비한 인덕터를 구현하려면 포화 자속 밀도가 높은 금속 자성체 분말과 도선의 저항은 낮아야 하고, 인덕턴스의 특성이 0.1μH 이하 (예컨대, 0.033 μH 또는 0.068 μH)이어야 한다는 조건이 요구된다. 또한, 인덕터는 도선이 전류의 변화를 방해하는 성질, 즉 상기 인덕턴스 값에 기반하여 전압의 변화를 유도할 수 있는 기능을 갖게 된다. 그런데, 상기 관계식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 인덕턴스는 코일의 권선 횟수 (N)의 제곱에 비례하므로, 통상의 자성체 재료내에서 권선이 1회보다 더 이루어지는 경우, 0.1 μH 이하의 낮은 인덕턴스를 실현하는 것이 실질적으로 불가능하다.

한편, 전원 [배터리]으로부터 직류 (DC) 전류를 공급받는 휴대용 전자 기기를 구성하는 여러 가지 부품에 요구되는 정격 전압은 각각 서로 다르기 때문에, 그러한 전원으로부터 공급되는 전류의 전압 크기를 변환시켜야 할 필요가 생긴다. 이러한 경우, 제어 회로를 통하여 전원이 공급하는 전류의 전압을 변환시켜, 예를 들면 휴대용 전자 기기의 각 부품에 서로 다른 전압을 인가할 수 있는 수단 (예컨대, DC-DC 변환기)이 요구된다.

그러므로, 인덕터는 그러한 제어 회로에 있어서 전압의 크기를 변환시키는 역할을 요하는 회로내의 정위치에 실장 (實長)하기 위한 구성 부품으로 이용될 수 있다. 이 경우, 높은 주파수 특성을 가진 인덕터가 요구된다. 인덕터가 높은 주파수 특성을 갖게 되려면, 인더터의 전술한 인덕턴스 특성은 낮아야 한다. 자세한 내용은 나중에 설명하겠지만, 인덕터가 높은 주파수 특성을 갖게 되려면, 그 인덕터의 내부에 매립되는 도선은 권선 (捲線)되지 아니한 상태를 유지하여야 한다. 바꾸어 말하자면, 권선 횟수 (권취량)가 1회 미만, 즉 직선에 가까워야 한다.

종래 기술에 있어서는, 금속 자성체 분말로 이루어진 인덕터 본체의 내부에 공심 코일이 매립되고, 그 코일의 좌우 양단의 리드선이 인덕터 본체의 외부 표면으로 인출되어 전극 단자에 결합된 구조를 이루는 이른바 권선형 (捲線形) 인덕터 제품이 주로 범용되어 왔다. (후술하는 특허 문헌들, 특히 특허 문헌 002의 방식에 의하여 제조되는 인덕터가 주로 여기에 속한다.) 이와 같은 권선형 인덕터에 있어서는, 전술한 바와 같이, 매립되는 도선이 대부분 공심 코일의 형태를 취하고 있다. 즉, 권선형 공심 코일이 1회 이상 소정의 반경으로 권선되어 있는 코일이 사용된다. 따라서, 이러한 종래의 권선형 공심 코일이 매립되어 구성되는 인덕터로부터는 낮은 인덕턴스 값을 얻는 것은 불가능하다.

본발명을 설명함에 있어서, "금속 자성체 분말"이라 함은 카르보닐 철 (carbonyl iron), 규소철 (Fe-Si), Fe-Si-Cr, 퍼말로이 (Ni79Fe29), 몰리퍼멀로이 (MPP, Mo-Ni-Fe), 센더스트 합금 등의 투자율이 높은 각종 공지의 철계 (鐵系) 자성체 분말을 이르는 것이다. 어느 것을 사용하여도 결과에 유의하게 큰 영향은 없다. 주지하는 바와 같이, 이 기술 분야에서는 낮은 투자율 및 높은 자속 포화 밀도를 고려하여, 이들 자성체 분말은 형상이 균일한 구형 (球形)으로서 에폭시, 페놀 또는 이와 유사한 재료로 표면이 피복된 입도 1~100 ㎛의 다양한 제품들이 시판되고 있다. 좋기로는 입도가 2~30 ㎛의 금속 분말을 이용한 과립 (顆粒)이 주로 이용되고 있다. 이때, 과립화는 에폭시, 페놀 및 이와 유사한 재료를 사용하여 이루어진다. 여기서, 투자율이라는 것은 물질의 자기적 (磁氣的) 성질을 나타내는 물질 고유의 물리량으로 외부 자기장에 반응하여 물질이 자기화되는 정도를 나타내는 양을 나타낸다. 또한, 포화 자속 밀도라 함은 강자성체가 자기 포화 상태가 되었을 때의 자속 밀도를 의미하며, 자속 밀도라고 함은 균일하게 자화된 재료에서의 단위 면적당 자속을 의미하는 것이다.

이미 앞에서 정의한 바와 같이, 기지의 인덕터를 구성하는 공심 코일로부터 얻게 되는 인덕턴스는 코일의 권선 횟수의 제곱에 비례하게 된다. 따라서, 앞에서 이미 지적한 바와 같이, 종래 기술에서는 인덕터의 코일이 여러번 감긴 이른바 권선형 공심 코일 형태로 이루어져 있기 때문에, 저항 특성을 낮게 하거나 인덕턴스를 낮게 할 수 없는 근본적인 문제가 있었다.

그러므로, 최근에 이르러 인덕턴스가 극히 낮은 인덕터를 요하는 전자 기기, 특히 휴대용 전자 기기들의 제작과 이용이 증가하고 있는 추세에 따라, 이들 전자 기기의 구성 부품중의 하나인 인덕터를 구성하는 도선의 저항과 인덕턴스의 특성을 극단적으로 낮춤으로써, 높은 스위칭 주파수를 구현할 수 있는 인덕터를 제공하려는 노력이 집중되고 있다.

권선 횟수와 인덕턴스의 변화 관계를 알아보기 위하여 본발명자들이 수행하였던 실험 결과에 의하면, 다음 표 1과 같다. 다만, 이 실험에서 사용한 권선형 인덕터의 외부 규격은 4.2 ㎜ x 1.2 ㎜ x 1.2 ㎜, 공심 코일의 직경은 0.23 ㎜, 코일의 권선 직경은 2.3 ㎜, 코어 면적은 4.15 ㎟이었다.

코일의 권선 횟수 (회)	자속 길이 (㎜)	인덕턴스 (μH)
6	0.80	1.00
5	0.80	0.70
4	0.53	0.67
3	0.53	0.40
2	0.27	0.33
1	0.27	0.09

위 표를 보면, 코일의 권선 횟수가 1회에서 2회로 증가함에 따라 약 3배 증가한다는 사실을 알 수 있다. 물론, 권선 횟수가 3회인 경우는 2회인 경우와 차이가 크게 나타나 있지 않았는데, 이는 권선 횟수의 증가에 따른 자속 길이의 증가에 기인하는 영향이다. 권선 횟수 4회 및 5회인 경우의 관계도 유사하게 설명될 수 있다. 결국, 앞에서 말한 바와 같이, 인덕터의 투자율과 코어 면적 및 자속 길이가 일정한 값으로 고정될 경우, 그 인덕터의 인덕턴스는 코일의 권선 횟수가 적을수록 감소한다는 사실을 알 수 있다. 본발명은 이러한 사실에 주목하여 이루어진 것이다.

(특허 문헌 001) 한국 등록 특허 제10-1044607호 (특허 문헌 002) 한국 등록 특허 제10-1275168호 (특허 문헌 003) 한국 등록 특허 제10-1430427호 (특허 문헌 004) 한국 특허 출원 제10-2019-0127323호 (특허 문헌 005) 한국 등록 특허 제10-2178709호 특허 문헌 001은 금속 자성체 분말을 가압 성형하여 상부 예비 성형체와 외주변 예비 성형체 및 코어 예비 성형층을 각각 별도로 마련한 다음, 상기 상부 예비 성형체와 외주변 예비 성형체를 모울드 내에 배치 하고, 상기 외주변 예비 성형체 내부에 소정의 공심 코일을 안치한 후, 상기 상부 예비 성형체를 상기 코일의 코어 내에 삽입하여 최종적으르 소정의 압력하에 가압 성형함으로써 면실장 파워 인덕터를 얻는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 특허 문헌에 기재되어 있는 인덕터는 권선형 코일을 사용하고 있어, 본발명의 인덕터와는 구조적인 차이가 크다. 특허 문헌 002는 권선형 인덕터의 외부로 노출되는 좌우 코일 리드선에 스퍼터링 공법을 이용하여 전극 단자를 부착시키는 방법을 기재하고 있다. 이 특허 문헌에서 제조되는 인덕터도 역시 권선형 코일을 사용하고 있어, 본발명의 인덕터와는 구조적으로 구별된다. 특허 문헌 003은 권선형 인덕터를 소정의 회로, 예컨대 IC 회로에 실장할 때의 접합력을 향상시키기 위한 방식에 관한 것으로서, 역시 본발명의 기술적 사상에 견줄 수 없는 방식이다. 특허 문헌 004와 005도 모두 출원인/발명자 명의의 특허 출원이거나 특허 (일부는 양도되었다.)로서, 이들은 권선형 인덕터에 있어서 인덕터 본체의 외부에 노출된 코일 리드선에 대한 좌우 전극 단자의 부착력을 증대시키기 위한 구조에 대하여 각각 다른 구성 방식을 채용하고 있는데, 이 역시 본발명의 기술 사상과는 거리가 멀다.

본발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종전의 메탈 콤포짓 파워 인덕터의 내부에 매립되는 도선 (통상 에나멜 등의 절연 재료로 피복된 코일을 말함. 이하 같음.)의 저항과 인덕턴스의 특성을 극단적으로 낮추어 줌으로써 주파수 특성을 높임과 동시에 높은 전류 특성을 발휘할 수 있는 새로운 성능의 메탈 콤포짓 파워 인덕터를 제공하려는 것이다.

본발명자들은 예의 연구한 결과, 금속 자성체 분말을 가압 성형하여 제조하는 인덕터 내부에 매립되는 도선의 권선 횟수가 0.5~1회 미만인 인덕터를 창안해냄으로써 전술한 종전의 문제점이 쉽게 해결될 수 있다는 사실을 발견하여 본발명에 이르게 되었다. 이를 위하여는 인덕터에 매립되는 코일 부분의 권선 횟수가 대략 0.5회에 해당하는 반호형 (半弧形)으로 하거나 전혀 권선이 이루어지지 아니한 직선형으로 하여야 한다. 여기서, 상기 도선은 통상의 에나멜 피복 도선, 즉 단면이 원형으로서 에나멜로 피복된 동선 (銅線)을 이르는 것이다. 상기 에나멜 피복 도선으로서는, AIW (polyimide enameled copper wire), EIW (polyester imide enameled copper wire), PEW (polyester enameled wire), UEW (polyurethane enameled copper wire) 등을 들 수 있으며, 어느 것을 사용하든 상관이 없다. 본발명에 있어서, 전술한 에나멜 피복 코일 대신에 에나멜 피복 평각선 (平角線)을 사용하여도 거의 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이하의 설명에 있어서, "도선" 또는 "절연 도선"이라 함은 상기 에나멜 피복 도선 및 평각선 중 어느 하나를 가르키는 것으로 이해하여야 한다. 또한, 이하에서는 "도선"이라는 용어는 "코일"이라는 용어와 구별 없이 혼용되는 경우도 있다. 더 상세히 말하자면, 본발명의 과제 내지 목적은 다음에 의하여 달성될 수 있다.

(1) 금속 자성체 분말 내에 권선 (捲線)된 도선을 매립한 다음 상기 자성체 분말과 함께 가압 성형하여 제조되는 메탈 콤포짓 파워 인덕터에 있어서, 상기 매립된 도선 부분의 권선 횟수가 0.5회 내지 1회 미만의 범위인 것을 특징으로 하는 메탈 콤포짓 파워 인덕터.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 매립된 구리 도선 부분은 반호형 (半弧形)인 것인 메탈 콤포짓 파워 인덕터.

(3) 상기 (1)에 있어서, 상기 매립된 도선 부분은 직선형인 것인 메탈 콤포짓 파워 인덕터.

(4) 상기 (1)에 있어서, 상기 매립된 도선은 평각선 (平角線)인 것인 메탈 콤포짓 파워 인덕터.

본발명을 구현하게 되면, 인덕터 본체에 매립되는 절연 도선을 권선하는 일이 없이 또는 1회 미만, 예컨대 반호형 또는 직선형으로 배치함으로써, 그 인덕터 내부의 도선에 걸리는 저항과 그 인덕터로부터 유도되는 인덕턴스를 동시에 극히 낮게 할 수 있는 효과가 발휘된다. 이에 따라, 그러한 인덕터를 실장한 제어 회로에서는 스위칭 주파수가 매우 높아질 수 있게 되므로, 높은 스위칭 주파수를 요하는 전자 제품에 유용하게 적용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본발명에 따라 다양한 형태의 코일이 인덕터 내부의 코어 삽입부에 배치되는 상태의 예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1(A)에 예시한 인덕터의 경우에 가압 성형전에 각 구성 요소를 조립하는 상태의 예를 묘사한 것이다.
도 3은 본발명에 따른 인덕터의 제조 과정의 개념을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본발명에 따른 인더터 본체내에 매립된 코일의 좌우 리드선에 전극을 전착시킨 상태의 완제품의 투영도를 과장하여 묘사한 것이다.

이하, 첨부 도면에 따라, 본발명에 의한 메탈 파워 콤포짓 인덕터를 이것의 제조 방법과 더불어 상세하게 설명한다. 서로 다른 실시 상태를 나타내는 경우에 있어서도 동일·유사한 구성 및 기능에 관한 요소에는 동일·유사한 참조 부호를 부여하였는데, 이들 각 요소에 대하여 중복되는 정의는 최초에 정의된 내용으로 갈음하기로 한다.

원칙적으로, 인덕터의 입체적 규격은 그의 용도와 요구되는 물성에 따라 설정될 수 있는데, 4 ㎜ x 4 mm x 1 ㎜의 소형 규격으로부터 13 ㎜ x 13 ㎜ x 10 ㎜의 극대형에 이르는 규격이 요구되는 수가 있다. 또한, 매립 도선이 에나멜 피복 코일일 경우, 그 직경 범위도 역시 제품의 규격에 따라 다양한 직경 범위의 것을 사용할 수 있으나, 통상 0.1~1 ㎜ 범위의 것이 사용될 수 있으며, 에나멜 피복 평각선일 경우에는 그 두께 범위가 0.05~0.25 ㎜이고 폭이 0.5~1.4 ㎜인 것이 양호하게 사용될 수 있다. 이들 원하는 규격의 코일 제품은 모두 시중에서 어렵지 않게 구득할 수 있다. 그러므로, 본발명을 설명함에 있어서는 전술한 인덕터의 규격에 한정함이 없이 본발명의 특징적인 기술적 사상을 중심으로 간결하고 명확하게 설명하여 나가게 될 것이다.

이제, 도 1(A) 내지 도(D)에 의하여, 본발명에 따른 메탈 파워 콤포짓 인덕터 100을 구성하는 한 가지 임의의 실시 상태에 관하여 살펴 보기로 하겠다.

먼저, 도 1(A)를 보면, 상기 인덕터 100은 그의 외주벽부 110은 평균 입도가 약 5 ㎛인 철계 금속 자성체인 카르보닐 철 분말을 사용하여 1차 예비 성형체 상태로서 성형된 것이다. 상기 외주벽부 110의 내부 중앙부에 평면에서 본 단면이 원형인, 도선/코어 수용부 120 (이하,"코어 수용부"라고 줄여 부름)이 형성되어 있다. 상기 코어 수용부 120의 내부에는 직경이 약 500 ㎛ (0.5 ㎜), 실질적으로는 0.3~0.4 ㎜인 도선 130 (즉, 횡단면이 원형인 에나멜 피복 구리선)이 매립되고, 여기에 코어 140이 일체로 정합 (整合)되어 있는 상태의 제품 모양을 보여주고 있다. 이 도면에 도시되어 있는 상태의 도선 130은 대략 역(逆)U자형의 형태로 굴곡된 구조를 취하고 있다. 이를 보면, 상기 도선 130의 본선부 130a는 도면에 나타나 있는 바와 같이 권선된 부분이 없는 직선형임을 볼 수 있다, 즉, 권선 횟수가 1회 미만이라는 사실을 이해할 수 있을 것이다.

상기 외주벽부 110은, 전술한 철계 금속 자성체 분말을 사용하여 설계된 소정의 압력하에 1차 예비 가압 성형함으로써 성형되는데, 중앙에 코어 수용부 120이 적절하게 마련된다. 코어 수용부 120의 규격 (직경 x 높이)은 여기에 안치시킬 도선 130의 규격 (길이 x 굵기)에 좌우된다. 도 2와 관련하여 뒤에서 더 설명하겠지만, 코어 수용부 120 안에 소정의 코일이 정위치에 배치하고 나면, 여기에 코어 140을 삽입하고, 그 위에 설계량의 동일한 금속 자성체 분말을 첨가 투입하여 2차 예비 성형 작업에 들어가게 된다. 이들을 조립 또는 결합시키는 공정은 뒤에서 도 2와 관련하여 설명하겠다.

상기 금속 자성체 분말의 1차 및 2차 예비 가압 성형법 그 자체는 이 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있다. 이 성형법에 대하여도 뒤에서 간략히 설명하겠지만, 예컨대 전술한 특허 문헌 001 내지 005 등의 해당하는 성형 과정 부분의 기재 내용을 참고하면 미리 그 개념을 충분히 이해할 수 있을 것이다.

도 1(B)에는, 이해의 편의상, 상기 코어 수용부 120 안에 도입할 도선 130의 구성부를 좀 더 세분하여 표현하였다. 즉, 도선 130은 ① 본선부 130a와, ② 이 본선부 130a의 소정 길이 (코어 수용부 120의 직경에 거의 해당한다.)의 양쪽에서 대략 본선부 130a에 대하여, 예컨대 내각이 110도로 상향 굴곡되어 연장되는 연장부 130b,130b (코어 수용부 120의 높이에 거의 해당한다.) 및 ③ 상기 연장부 130b,130b에서, 역시 내각이, 예컨대 약 95 ~ 110도 이하로 각각 굴곡 (후술하는 도 2를 참조)되어 이루어지는 코일 리드선 130c,130c의 3개 부분으로 크게 나누어 살펴볼 수 있다. 도 1(C)에 나타낸 실시 상태에 있어서 코일 전체의 직선 길이는 외주벽부 110의 1변의 길이에 대하여 약 1.2배 내지 1.5배 범위 이내로 되는데, 이는 제조하려는 제품의 규격, 예컨대 코어 수용부 120의 설계 직경과 높이 등에 좌우되므로, 임계적인 범위가 아니다. 그런데, 상기 도면에서는 편의상 상기 연장부 130a,130a가 본선부 130a에 대하여 각각 직각 (90도)으로 굴곡된 형태 [도 1(B)에서 점선원으로 표시된 부분들]로 도시되어 있으나, 실질적으로는 수평면에 대하여 상하 각 내각이 대략 95 ~ 110도 이하의 둔각 (鈍角)으로 굴곡될 수 있는데 (후술하는 도 2 참조), 그 굴곡각은 후술하는 성형 단계를 거치는 동안에 주어지는 성형 압력의 영향을 받아 다시 1 ~ 2도 가량, 또는 이보다 조금 더 벌어지거나 좁아질 수도 있다. 상기 도선 130의 굴곡부들이 지나치게 90도에 가깝게 굴곡되어 있으면, 오히려 그 각 굴곡부에서의 전기 저항이 바람직하지 않게 높아지는 결과를 초래하는 수가 있기 때문에 좋지 않다. 따라서, 도선의 굴곡 내각이 가급적 90도 이상이 되도록 하는 것이 좋다.

다시, 도 1(B)에 돌아가 보면, 도선 130에는 설계된 소정의 길이만큼 일직선으로 뻗은 본선부 130a가 그 도선의 중앙부에 위치한다. 이어서, 상기 본선부 130a는 코어 수용부 120의 직경에 대략 대응하는 길이의 좌우의 위치에서, 후술하는 도 2에 표시한 바와 같이, 그 본선부 130a의 상부면에 대하여 각각 대략 95~110도 (도면에서는 110도로 예시)로 비스듬하게 상향 굴곡되어서 길이가 상기 코어 수용부 120의 높이에 대략 상응하는 상향 연장부 130b,130b를 포함하고 있다. 이들 각각의 연장부 130b,130b의 좌우 단부는 외주벽부 110의 상부 표면에서 상기 대응하는 연장부 130b,130b의 상부 경사면에 대하여 역시 약 95~110도 (도면에서는 110도로 예시)의 각도로 서로 반대 방향으로 굴곡되어 좌우 리드선 130c,130c를 각각 형성하는 것이다. 상기 굴곡 각도의 더 상세한 실시 상태에 대하여는 후술하는 도 2로부터 유추할 수 있을 것이다. 이상으로부터, 본발명의 상기 도선 130은 본선부 130a, 좌우 연장부 130b,130b 및 좌우 리드선 130c,130c의 3개 부분이 일체로 이어져 있는 동일 성분의 단일한 도체이다. 상기 도선 130으로서는, 이미 앞에서 설명한 바와 같이, 에나멜 피복 코일 및 에나멜 피복 평각선을 대표적으로 들 수 있다.

또 1(C)는 본발명의 또 다른 실시 상태를 보여 주고 있다. 다만, 여기서는 도 1(A)의 도선 130의 본선부 130a가 반호형으로서 대략 Ω자형을 취하고 있는 상태, 즉 코일 권선이 1회 미만, 예컨대 1/2회 이루어져서 대략 반호형 또는 반타원형 형상을 이루고 있다는 상태만이 도 1(A) 또는 도 1(B)의 대응하는 도선의 직선형 본선부 130a의 상태와 다를 뿐이다. 따라서, 도 1(C)의 구성에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다.

도 1(D)도 역시 본발명의 또 다른 실시 상태를 보인 것으로서, 도 1(A)에 나타낸 횡단면이 원형인 에나멜 피복 코일 대신에 에나멜 피복 평각선이 매립되어 있다는 차이점 외에는, 인덕터 100의 기본 구조는 도 1(A)의 그것과 완전히 동일하다. 여기서, 상기 평각선은 역시 구리를 비롯한 양도체 (良導體)로부터 선택된 재료로부터 제조된 것다. 본발명의 실시 상태에 있어서는, 이미 앞에서 설명한 바와 같이, 두께가 약 0.05~ 0.25 ㎜, 폭이 약 0.5~1.4 ㎜인 전술한 평각선이 양호하게 사용될 수 있다.

도 2에는 인더터 100의 주구성 요소들을 분해하여 보인 모식도가 나타나 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 인덕터 100은 크게 나누어 3개의 각 요소를 조립하여 가압 성형함으로써 제작된다. 이들 각 요소에 대하여 부연 설명하자면, 첫째는 전술한 외주벽부 110이라 말할 수 있는데, 이 외주벽부 110은 도선 130을 안치하기 전에 전술한 금속 자성체 분말들 중에서 선택된 성형 재료를 소정의 성형기 내에서 소정의 예비 압력으로 1차 예비 가압 성형시킨 것이다. 이때, 상기 외주벽부 110의 내부 중앙에 동시에 코어 수용부 120을 형성한다. 금속 자성체 분말을 예비 가압 성형하는 구체적인 공정은 이 기술 분야에 다양하게 잘 알려져 있으며, 예컨대 전술한 특허 문헌 001 및 002에 각각 상세하게 예시되어 있다. 그 다음의 구성 요소는, 상기 코어 수용부 120에 안치되는 도선 130이다. 그리고, 마지막 구성 요소는, 상기 코어 수용부 120과 정합하여 외주벽부 110과 일체로 되는 코어 140이다. 상기 코어 140은 외주벽부 110과 동일한 조성(組成)의 금속 자성체 분말을 외주벽부 110에 인가되었던 것과 동일한 압력하에서 사전에 1차 예비 가압 성형시켜 둔 것이다. 도면 2에 나타낸 도선 130의 굴곡각들은 도 1(B)와 관련하여 언급한 바 있으나, 이들 각도는 본 발명의 필수 구성 요건은 아니며, 도선 130의 배치를 위한 한 가지 실시 상태의 예시에 지나지 않는다.

본발명에 있어서, 소정의 금속 자성체 분말을 사용하여 외주벽부 110 및 코어 140을 1차 예비 가압 성형하기 위한 성형 압력은 대략 0.1~2 톤/㎠의 범위에서 선택될 수 있다. 상기 1차 예비 가압 성형시의 압력 값은 사용되는 금속 자성체 분말의 입도, 피복 여부 등의 물리적 상태와 최종 제품의 규격 등에 따라 이 기술 분야의 숙련자들이 적절히 조정할 수 있는 변수이므로, 여기에 특정의 임계적 의의가 있는 것은 아니다. 물론, 상기 1차 예비 가압 성형 압력이 상기 하위 값 이하이면, 1차 예비 가압 성형체를 이루는 금속 자성체 분말의 밀집도 또는 경도 (일반적으로, 전단 강도)가 소정의 값에 이르지 못하여 이동중이거나 또는 취급중에 붕해 (崩解)되기 쉽고, 상기 상위 값 이상으로 높게 되면, 금속 자성체 분말의 밀집도 또는 경도가 과도하게 되어 전술한 3개의 요소들을 조립한 다음에 이어지는 2차 예비 성형 및 최종적인 수중 등방 가압 성형 압력을 인가할 때에 금속 자성체 분말들이 충분히 균일하게 밀집하여 단일체의 성형품을 이룰 수 없게 되기 쉬우므로, 외주벽부 110 및 코어 140에 균열 [크랙]이 나타나는 등, 불량품을 생성시킬 우려가 높다. 그렇기 때문에, 이를 감안하여 1차 예비 성형 압력을 설정하는 것이 바람직하다. 본출원의 출원인의 경험에 의하면, 1차 예비 성형 압력은 2차 가압 성형 압력의 대략 1/2배, 그리고 최종적인 수중 등방 가압력에 대하여 일반적으로 대략 1/10~3/10배의 범위내에서 선택되는 것이 유리하다.

본발명의 최종 가압 성형 공법으로서는 품질의 균일성과 편의성을 담보하기 위하여 등방 가압 성형법을 채용하고 있지만, 본발명이 반드시 이러한 수중 등방 가압 성형법에 한정되는 것은 아니므로, 이 기술 분야의 숙련자라면, 주어진 조건하에 다양한 가압 성형 방식들 중에서 최선의 방식을 임의로 선택하여 인덕터 완제품을 제조할 수 있을 것이다. 상기 등방 가압 공정에서는, 예를 들면 상기 특허 문헌 005의 명세서에 첨부된 도 2(G)에 도시되어 있고, 같은 특허 문헌 중의 발명의 설명에 관련된 단락 번호 [0033] 내지 [0035]에 기재되어 있는 바와 같이, 2차 예비 성형체를 밑면이 특수 금속, 예컨대 스테인레스강으로 제작된 백 플레이트 (back plate)로 지지되는 트랜스퍼 지그 (transfer jig)에 옮겨 조립한 다음, 이 조립체를 진공 랩에 넣어 수중 등방 강압 성형기에 투입하여 최종적으로 가압 성형시킬 수 있다. 이때의 등방 가압 성형의 양호한 온도 및 압력 범위는 제품의 규격에 좌우되지만, 각각 대략 상온~80도 및 2~5 톤/㎠의 범위이다.

이 명세서에 첨부된 도 3(A) 내지 3(F)는, 전술한 도 2에 나타낸 바와 같이, 3개의 구성 요소를 조립하여 최종 인덕터 100의 완제품을 제조하는 전과정을 횡단면으로서 순차적으로 간략하게 보여 주고 있는 개념도이다. 그런데, 여기서는 2개의 인덕터를 한 번에 성형하는 다량 생산 개념을 나타내기 위하여, 2개의 코어 수용부 120이 형성된 1차 예비 가압 성형체 110을 횡단면으로 표현하였다. 2개 이상의 복수개의 제품, 예컨대 수십 또는 수백개의 제품을 일거에 성형하는 방식을 설계할 수 있다는 사실은 특허 문헌 005에도 상세하게 기재되어 있으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다. 여기서, 도 3(A)는 선택된 금속 자성체 분말을 1차 예비 가압 성형하여 얻은 코어 수용부 120이 2개 형성된 외주벽부 110의 횡단면의 모습을 개념적으로 간략하게 나타낸 것이고, 도 3(B)는 상기 외주벽부 110에 마련된 각 코어 수용부 120에 도선 130 (코일 또는 평각선)을 각각 안치한 상태를 보인 것이다. 그리고, 도 3(C)는 상기 도선 130이 안치된 코어 수용부 120의 내부에 코어 140을 삽입 및 정합한 후 그 위에 소정량의 동일한 금속 자성체 분말을 투입하여 2차 예비 성형한 후의 상태를 묘사한 개념도이다. 도 3(D)에 나타낸 것은 특허 문헌 005에 설명되어 있는 바와 같은 기지의 방식에 따라 도 3(C)에서 얻은 2차 예비 가압 성형체를 수중 등방 가압 성형 장치 (도시하지 않음)에서 수중 등방 가압 성형하여 얻은 최종 성형체의 상태를 보인 것인데, 이 수중 등방 가압 성형에 따라 본체부 110이 설계된 규격으로 압축되므로, 도선 130은 도 3(C)에 비하여 본체부 110 내부의 중앙에 위치하는 것으로 나타나게 된다. 도 3(E)는 상기 수중 등방 가압 성형 공정의 종료 후에, 수중 등방 가압 성형기로부터 성형품을 꺼내어 양쪽 리드선 130c,130c가 노출된 쪽의 표면에 대한 연마 처리 (특허 문헌 005 참조)를 실시한 다음, 각 리드선 130c,130c에 기지의 적절한 방식 (예컨대, 기상 또는 화학 박막 증착법, 스터퍼링 증착법 등)으로 전극 단자 150을 각각 용착시킨 상태를 보여 주고 있다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 전극 단자 150의 재료로서는 금 (Au), 은 (Ag), 주석 (Sn), 구리 (Cu), 니켈 (Ni) 등으로부터 선택되는 임의의 양도체를 사용할 수 있는데, 본발명의 실시 상태의 예에서는 기지의 스퍼터링 공법에 따라 각 코일 리드선 130c,130c에 주석 (Sn) 박막을 피착시켜 전극 단자 150을 형성하였다. 상기 전극 단자 150의 피착 두께는 대략 2 ㎛로 하였다. 이 두께는 역시 제품의 규격에 따라 가변성이다. 그런데, 집적 회로 등의 대부분의 회로 기판에 필요한 부품을 배치할 때에는 일반적으로 용착 금속 (솔더; solder)으로서 무연 (無鉛; Pb-free) SnAgCu 솔더가 주로 사용된다. 따라서, 수요자의 요구 또는 제품의 용도에 따라, 상기 각 전극 150의 표면에는 전극을 이루는 금속의 종류에 관계 없이 추가로 솔더링 (soldering) 처리를 행하여 제품을 완성할 수도 있다. 도 3(F)는 상기 3(E)에서 얻은 최종 성형체로부터 개별 인덕터 100을 설계 규격에 맞추어 도시된 점선에 따라 절단 분리해낸 최종 제품의 상태를 보여 주고 있다. 이어서, 상기 개별 인덕터 제품은 필요에 따라 포장 장치 (도시하지 않음)에 직접 반송하여 포장할 수 있다. 상기 수중 등방 가압 공정의 예를 비롯한 후속 처리 공정들은 전술한 출원인 명의의 특허 문헌 005에 상세히 기재되어 있다.

상기 도 3(D) 내지 도 3(F)의 각 도면에서는, 도 3(C)와 시각적으로 분명하게 구별되도록 표현되어 있지는 않았지만, 앞에서 언급한 바와 같이 도 3(C)의 공정 후에 수중 등방 가압 공정 및 좌우 리드선 130c,130c가 노출된 인덕터 성형체 표면을 평활하게 다듬기 위한 표면 연마 공정이 이어진다. 따라서, 상기 도 3(D) 내지 도 3(F)에 표현된 코어 수용부 140의 표면을 포함하여 좌우 리드선 130,130c는 그 두께가 도 3(C)에 표현된 두께보다 시각상 미세하나마 더 얇아 보여야 할 것이다. 그러나, 상기 도 3(D) 내지 3(F)의 각 도면에서는 2차 예비 가압 성형시 추가 투입되는 금속 자성체 분말의 압착 두께를 고려하더라도, 코어 140과 좌우 리드선 130c,130c의 두께가 도 3(C)의 경우와 다름 없이 표현되어 있지만, 이는 도시 (圖示)의 편의상의 목적일 뿐이며 그 표현이 실제와는 다를 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

상기 도 3은 동시에 2개의 인덕터를 연속 제조하기 위한 예를 모식적으로 간단히 예시한 것인데, 그 이상 수십, 수백개의 개별 인덕터를 자동 공정에 의하여 동시에 다량 제조하는 것이 가능하며, 이 기술 분야의 숙련자들이라면, 예컨대 전술한 특허 문헌 004 및 005로부터 이를 쉽게 이해하여 실시할 수 있을 것이다. 그러므로, 여기서는 그러한 다량 생산법에 관하여는 별도의 설명을 생략한다.

도 4는 도 3(F)에 대응하는, 내부에 매립된 도선 130의 권선 횟수가 1회 미만, 즉 직선에 해당하고, 좌우 리드선 130c,130c의 각각에 전극 단자 150이 증착된 상태를 나타내는 인덕터 100의 완성품의 입체적 구성 개념을 사시도로서 보여 주고 있다.

또한, 전술한 설명에서는, 코어 수용부 120이 원주 (圓柱) 형상으로 표현되어 있으나, 목적하는 인덕터 제품의 제조 조건 등의 다양한 요인에 따라, 상기 코어 수용부는 정방형 (正方形) 또는 장방형 (長方形)의 형태로 성형하거나, 또는 코일의 직경이나 평각선의 폭 및 길이에 거의 대응하는 약간 넓은 슬릿형 (slit type)으로 형성하여도 무방하다. 그러나, 이는 단지 제조 공정중에 임의로 선택할 수 있는 사소한 설계 변경상의 문제일 따름이며, 상기 중공부의 형상이나 형태에 따라 본발명의 원래의 목적과 효과가 이에 영향을 받는 것은 아니다.

[실험예]

이하, 본발명을 실시예에 따라 더 상세히 설명한다.

(가) 길이가 5 ㎜이고 직경이 0.3 ㎜인 구리 코일을 권선 직경 2.0 ㎜로 2회 권선하여 매립후 가압 성형하여 얻은 최종 규격이 4.2 ㎜ x 4.2 ㎜ x 1.2 ㎜인 파워 콤포짓 인덕터를 본발명의 방법 (도 3 및 단락 번호 [0040] 내지 [0041]에 설명되어 있는 방법에 따라 제조하였다. 이때, 인덕터 외부 표면으로 노출되는 좌우 리드선 길이는 약 0.8 mm 가량된다. 이하에서도 같다 - (시료 1).

(나) 상기 (가)와 동일 재질 및 규격의 구리 코일을 1/2회 권선한 것 [즉, 반호형; 도 1(C) 참조]을 금속 자성체 분말에 매립 및 가압 성형하여 얻은 것으로서 최종 규격이 상기 (가)와 동일한 메탈 콤포짓 파워 인덕터를 본발명의 방법에 따라 제조하였다 - (시료 2).

(다) 상기 (나)와 동일하나, 구리 코일의 굴곡각 (95 ~ 110도)을 비롯하여 전술한 도 2에 예시한 배치 방식대로 구성하되, 상기 코일을 권선함이 없이 직선형으로 매립시킨 상기 (가)와 동일 규격의 메탈 콤포짓 파워 인덕터를 제조하였다 - (시료 3).

(라) 상기 (다)에서의 구리 코일 대신에 두께 0.14 ㎜ 및 폭 0.5 ㎜인 평각선을 사용한 것을 제외하고는 상기 (가)와 동일 규격의 메탈 콤포짓 파워 인덕터를 제조하였다 - (시료 4).

상기 시료 1 내지 4의 각각에 대한 인덕턴스 값을 측정하였다. 여기서, 토로이덜 코어 (toroidal core)를 이용하여 측정한 상기 각 시료의 투자율은 약 20μ, 코어 내부의 단면적은 3 ㎟, 자로의 길이는 0.35 ㎜로서 일정하였다. 저항 측정에는 히오키사 (Hioki E.E. Corporation)의 저항계 (RM3541 Resistance Hitester)를 사용하였다. 이 측정에서 사용된 픽스쳐 (fixture)는 4침(針) 테스트 픽스쳐 (4-Probe Test Fixture)이었다. 인덕턴스 특성은 휼렛 패커드사 (Hewlett-Packard Company)의 인덕턴스 계측기 (4285A Precision LCR Meter)를 이용하여 측정하였는데, 픽스쳐로서는 역시 같은 회사제 픽스쳐 (16334A Tweezer fixture)를 사용하였다. 이때의 각 유형별 제품의 인덕턴스에 대한 측정 주파수는 100 kHz이었다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

시 료	1	2	3	4
저항 (mΩ)	<5.5	<2	<1	<1
인덕턴스 (μH)	0.27	0.04~0.05	0.03	0.03

위 표로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 본발명에 의하여 매립된 코어가 직선형에 가까울수록 동일 규격을 가진 파워 콤포짓 인덕터의 저항 및 인덕턴스가 권취형 코일이 매립된 인덕터의 그것들에 비하여 현저하게 감소된다는 사실을 알 수 있었다.

이상에서는 본발명을 첨부 도면 및 실시예에 따라 설명하였다. 그러나, 전술한 각 도면은 본발명의 기술적 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 본발명의 최선의 실시 형태를 개념적·모식적으로 예시한 것일 따름이며, 제품 제작을 위한 실질적인 설계 도면은 아니다. 그러므로, 본발명의 기술적 사상은 이들 도면에 의하여 한정되는 것이 아니며, 본발명의 기술적 범위, 나아가 특허 청구 범위에 포함되는 모든 구성 요소에 관한 변경, 삭제, 수식 (修飾) 등을 비롯하여, 이들 구성 요소에 대한 균등물 내지 대체물도 본발명의 특허 청구 범위에 포함된다는 사실을 이해하여야 한다. 따라서, 상기 특허 청구의 범위는 합리적인 한 넓게 해석되어야 할 것이다.

100: 인덕터
110: 외주벽부
120: 코어 수용부
130: 도선
140: 코어
150: 전극 단자

Claims (4)

1. 금속 자성체 분말 내에 권선 (捲線)된 도선을 매립한 다음 상기 자성체 분말과 함께 가압 성형하여 제조되는 메탈 콤포짓 파워 인덕터에 있어서, 상기 매립된 도선 부분의 권선 횟수가 1/2회 내지 1회 미만의 범위인 것을 특징으로 하는 메탈 콤포짓 파워 인덕터.
2. 제1항에 있어서, 상기 매립된 도선 부분은 반호형 (半弧形)인 것인 메탈 콤포짓 파워 인덕터.
3. 제1항에 있어서, 상기 매립된 도선 부분은 직선형인 것인 메탈 콤포짓 파워 인덕터.
4. 제1항에 있어서, 상기 매립된 도선은 평각선 (平角線)인 것인 메탈 콤포짓 파워 인덕터.

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