KR20220079872A - 일체형 동시소성 인덕터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 일체형 동시소성 인덕터 및 그 제조방법을 개시하고 있으며, 상기 제조방법은 금형캐비티 내로 자성 분말을 충진하고 적어도 하나의 와이어를 자성 분말에 매입하되 와이어 양단을 금형캐비티 밖으로 인출한 후, 순차적으로 압축성형 및 열처리하여 자기 코어를 얻었으며, 자기 코어 밖으로 인출된 와이어를 구부리고 주석 도금하여 상기 동시소성 인덕터를 얻는 것을 포함한다. 본원 발명에서 제공하는 제조방법은 일체형 성형공정에 의해 인덕터를 제조하므로, 너무 많은 부품의 조립 공정을 피면하였고, 일체형 성형 후 열처리를 수행하여 응력을 충분히 제거(Release)하였으며, 재료의 히스테리시스(Hysteresis) 손실을 줄이며, 경부하 조건하에서 소자의 손실을 감소하고, 와이어와 자기 코어 사이에 별도의 공극이 없으므로, 에어갭이 자기 코어에 고르게 분포되며, 와류 손실에 의한 진동 노이즈를 감소한다.
Description
본원 발명은 인덕터 제조 기술분야에 관한것으로서, 일체형 동시소성 인덕터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기, 가전제품, 자동차, 산업장비, 데이터 센터 서버, 통신 기지국 서버 등 장치의 대규모 사용으로 에너지 소비가 주요 고려사항으로 되었다. 부품의 소형화, 다기능화 고성능화, 절전화가 끊임없이 발전하였는바, 탑재된 전자소자의 소형화/박형화 및 고성능화가 더욱 요구되고 있다. DC-DC 컨버터의 효율은 향상시키되 발열을 감소하는 것은 전자소자 소형화의 관건적인 조건이다. 특히, 중심 전원 회로에는 DC-DC 컨버터 IC의 고속 변환이 수반되고, 사용하는 인덕터의 저임피던스화가 진일보 발전할수록, 소형화/박형화, 낮은 DC저항, 대응 대전류, 높은 신뢰성에 대한 요구가 증가하고 있다.
현재, 3세대 반도체를 전력 소자에 사용하는 것이 점차 주류가 되고 있으며, 특히, 질화 갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)의 기술이 상대적으로 성숙되어, 내고온, 내고압, 고전류 저항을 구비한 고주파 및 고전력 소자의 제조에 적용되는바, 전력반도체가 주요 응용분야이다. 고주파 회로에서 질화 갈륨의 우세가 부각되며 현재 이동통신의 강력한 경쟁자이다. 현재, 응용 시나리오는 기지국 전력 증폭기, 항공우주 등 군사 분야에 주로 집중되었고, 아울러 전자제품 분야로 점차 발전하고 있다. 이는 주어진 전력 수준에서 더욱 작은 부피를 구현할 수 있도록 높은 출력전력, 높은 에너지 효율 특성을 구비하고 있으므로, 고속 충전 제품에 사용할 수 있다. 탄화규소재료의 물리적 특성은 실리콘 등 재료보다 우수하며, 탄화규소 단결정의 밴드갭 폭은 실리콘재료 밴드갭 폭의 약 3배이고, 열전도율은 실리콘재료의 3.3배이며, 전자 포화 이동도는 실리콘의 2.5배이고, 절연파괴 전계강도(breakdown field strength)는 실리콘의 5배인바, 고온, 고압, 고주파, 고전력 전자소자에서 대체할 수 없는 우세를 구비하고 있다. 테슬라(TSLA) 등 고급 자동차 시장에서 탄화규소 전력 반도체를 성공적으로 적용함에 따라, 미래 자동차 분야는 탄화규소 성장의 주요 원동력이 될 것이다.
전력반도체는 전자기기의 전기 에너지 변환 및 회로 제어의 핵심이며, 전자기기에서 전압, 주파수, DC-AC 변환 등 기능을 구현하는 핵심 부재이다. 전력 IC, IGBT, MOSFET, 다이오드는 가장 널리 사용되는 4가지 전력반도체 제품이다. 전력반도체와의 협동작용으로 전력 변환 효율을 향상시키는 인덕터, 커패시터 등 전자부품도 3세대 반도체의 발전 추세에 맞춰야 한다. 고주파, 대전류, 높은 포화 전류, 높은 신뢰성의 인덕터도 고효율 전원 공급장치의 필수 구성요소이다.
기존의 대전류 내성 인덕터의 경우, 일반적으로 연자성 재료를 개별 부품으로 제조한 후 코일을 자기 코어 상에 배치하고, 에어갭을 설계하여 인덕터 소자의 높은 포화 중첩 전류를 구현하였다. 이러한 형태의 인덕터는 에어갭 개방 및 조직화의 필요성으로 인해, 크기는 항상 상대적으로 큰바, 특히 두께 방향은 항상 3 mm를 초과하거나 7 mm까지 도달한다. 이는 연자성 페라이트 소재 자체의 특성에 의한 것으로, 비록 투자율은 비교적 높지만, 포화자기유도강도가 낮기에, 외부 자기장에서 쉽게 포화되며, 내포화성 전류 능력을 향상시키기 위해서는 유효 투자율을 저하하도록 에어갭을 개방해야 한다. 증가된 에어갭은 소자의 크기를 증가시키되, 제조공정에서 조립해야 하고 공차를 맞춰야 하며, 이는 제품 생산의 품질에 일정한 영향을 준다.
금속 자성 분말 코어 재료는 높은 포화자기유도강도, 높은 온도 안정성, 내충격성, 저소음 특성으로 인해, 최근 몇 년 동안 빠르게 발전하였는바 특히 일체형 성형 인덕터 분야에서 FeSiCr, 카르보닐 철, 철-니켈 등 금속 연자성 재료의 응용은 비약적으로 발전하고 있다. 일체형 성형 인덕터는 금속 연자성 재료를 사용하되 코일을 금속 분말 코어에 배치한 후 일체로 성형된다.
CN205230770U에서 수직 슬림형 대전류 인덕터를 개시하였고, 해당 인덕터는 상측 자기 코어, 하측 자기 코어 및 상측 자기 코어와 하측 자기 코어 사이에 배치된 인덕터 코일을 포함하며, 상기 인덕터 코일은 납작한 금속 구리선으로 권선하여 제조한 후 인출된 상부 및 하부 두 개의 납작한 핀을 90도로 구부리되, 두 개의 납작한 핀 방향은 대향하는 방향이며, 상기 상측 자기 코어는 육면체이고, 하측 자기 코어에는 인덕터 코일을 수용하기 위한 요홈이 형성되며, 요홈 중앙에는 인덕터 코일을 고정하기 위한 위치결정기둥이 설치된다. 이러한 인덕터 소자는, 권선으로 인해, 코일은 에나멜 와이어를 사용하고, 성형 압력은 너무 크지 말아야 하는바, 그렇지 않으면 코일 절연층이 쉽게 파괴되어 층간 단락을 일으킨다. 그리고, 성형 압력에 의한 응력으로 인해, 자기 코어 재료는 응력 이방성을 발생하여, 재료의 히스테리시스(Hysteresis) 손실을 증가시킨다. 이를 감안하여, 일부 사람들은 금속 분말 코어를 U자형 시트 및 I자형 시트로 만들고 자성 분말 코어를 소성한 후, 납작한 구리선을 중간에 끼워 넣어서 인덕터로 조립하는 DUI형 인덕터 제품을 개발하였다.
CN110718359A에서 표면실장 일체형 성형 인덕터의 제조구조 및 이의 방법을 개시하고 있으며, 자성 분말과 열경화성 수지의 혼합물을 사용하여 두 세트의 동일한 압력판 몸체로 사전 성형하였는바, 압력판 몸체는 압착면을 구비하며, 구체적으로, 압착면은 양측이 높고 중간이 낮다. 성형 금형에서, 두 세트의 압력판 몸체를 각각 내장 코일의 바로 위 및 바로 아래에 배치하되 압력판 몸체의 압착면은 내장 코일을 향해야 하고 내장 코일의 양극은 각각 압력판 몸체의 양단부 범위를 초과해야 하며, 가압 및/또는 가열을 통하여 두 세트의 압력판 몸체와 내장 코일을 일체로 성형하여 성형체를 제조한다. 성형 후, 내장 코일의 양극은 성형체 밖으로 노출되며 성형체 양단에 외부 전극을 형성한다.
그러나, 이러한 방식으로 인덕터를 제조할 경우, 다수의 푸품을 함께 조립해야 하므로, 코일과 자기 코어 사이에 별도의 에어갭이 쉽게 형성되어 유효 투자율을 감소한다. 그리고, 임의의 부품을 얇은 시트로 제조해야 하므로, 제품의 성형 정밀도가 충분하지 않고, 연삭 가공을 진행해야 하므로, 공정비용이 증가하고 제품 품질이 저하된다.
다음은 본 명세서에서 상세하게 기술한 발명에 대한 간략한 설명이다. 본 간략한 설명은 권리 범위를 한정하기 위한 것이 아니다.
종래 기술의 문제점을 고려하여, 본원 발명의 목적은 일체형 동시소성 인덕터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 본원 발명에서 제공하는 제조방법은 일체형 성형공정에 의해 인덕터를 제조하므로, 너무 많은 부품의 조립 공정을 피면하였고, 일체형 성형 후 열처리를 수행하여 응력을 충분히 제거(Release)하였으며 재료의 히스테리시스(Hysteresis) 손실을 줄이고, 경부하 조건하에서 소자의 손실을 감소하며, 와이어와 자기 코어 사이에 별도의 공극이 없으므로 에어갭이 자기 코어에 고르게 분포되고 와류 손실에 의한 진동 노이즈를 감소한다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본원 발명은 다음과 같은 기술적 해결방법을 제공한다.
제1 측면에서, 본원 발명은 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법을 제공한다. 상기의 제조방법은 금형캐비티 내로 자성 분말을 충진하고 적어도 하나의 와이어를 자성 분말에 매입하되 와이어 양단을 금형캐비티 밖으로 인출한 후, 순차적으로 압축성형 및 열처리하여 자기 코어를 얻으며, 자기 코어 밖으로 인출된 와이어를 구부리고 주석 도금(tinning)하여 상기 동시소성 인덕터를 얻는 것을 포함한다.
본원 발명에서 제공하는 제조방법은 일체형 성형공정에 의해 인덕터를 제조하므로, 너무 많은 부품의 조립 공정을 피면하였고, 일체형 성형 후 열처리를 수행하여 응력을 충분히 제거(Release)하였으며, 재료의 히스테리시스(Hysteresis) 손실을 줄이고, 경부하 조건하에서 소자의 손실을 감소하며, 와이어와 자기 코어 사이에 별도의 공극이 없으므로 에어갭이 자기 코어에 고르게 분포되고 와류 손실에 의한 진동 노이즈를 감소한다.
본원 발명의 일 바람직한 기술적 해결방법으로서, 상기 와이어는 에나멜선이 없는 베어 와이어이다.
바람직하게는, 상기 와이어는 구리선이다.
바람직하게는, 상기 와이어는 직사각형 단면을 가진 납작한 와이어이다.
바람직하게는, 상기 와이어 형상은 직선 와이어 또는 이형 와이어이다.
바람직하게는, 상기 이형 와이어의 형상은 S형, L형, U형, W형 또는 E형을 포함한다.
바람직하게는, 상기 와이어는 수평면에서 자성 분말 내부에 나란히 이력 배치된다.
본원 발명에서 설계한 인덕터는 낮은 DC 저항을 요구하며 구리선은 금속 연자성 재료와 함께 고온 열처리를 수행하되 에나멜선이 없는 납작한 구리선을 사용하고, 고온 열처리를 수행하여 분말 코어의 손실을 더욱 감소하고, 필요에 따라 I형, S형, L형, U형, W형 및 E형 등을 포함하는 구리선의 형상을 설계할 수 있다. 원다이 원피스(one-die-one-piece) 방식의 성형 공정을 사용할 수 있고, 리드 프레임 고정에 의한 병렬 압착(side-by-side pressing)방식의 성형 공정을 사용할 수도 있다.
본원 발명의 일 바람직한 기술적 해결방법으로서, 상기 압축방식은 열압착 또는 냉압착이다.
과립화 분말의 특성 및 인덕터의 요구에 의해, 열압착성형 방식을 사용할 수 있다. 열압착성형 시에 요구되는 압력이 더 작으며, 열간압착성형 후에 자기 코어는 와이어와 더욱 밀접하게 접촉하고 요구되는 압력은 더 작지만 열압착은 압착 효율을 저하시킨다.
바람직하게는, 상기 열압착 압력은 800 Mpa/cm2이상이며, 예를 들어, 800 Mpa/cm2, 810 Mpa/cm2, 820 Mpa/cm2, 830 Mpa/cm2, 840 Mpa/cm2, 850 Mpa/cm2, 860 Mpa/cm2, 870 Mpa/cm2, 880 Mpa/cm2, 890 Mpa/cm2 또는 900 Mpa/cm2일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있고, 더 바람직하게는, 2000 MPa/cm2일 수 있다.
본원 발명에서, 에나멜 와이어의 제한이 없으므로, 자성 분말의 성형 압력을 적용하여 더 높은 밀도의 자기 코어를 얻을 수 있고, 압력이 800 Mpa/cm2을 초과하는 것이 바람직하며, 심지어 2000 MPa/cm2까지 도달할 수 있고, 금형 수명과 압착기 능력에 따라 인덕터에 적당한 최적의 압력을 선택할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열압착 온도는 90 ~ 180 ℃이며, 예를 들어, 90 ℃, 100 ℃, 110℃, 120 ℃, 130 ℃, 140 ℃, 150 ℃, 160 ℃, 170 ℃ 또는 180 ℃일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열압착 시간은 5 ~ 100 초이며, 예를 들어, 5 초, 10 초, 20 초, 30 초, 40 초, 50 초, 60 초, 70 초, 80 초, 90 초 또는 100 초일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열처리는 어닐링 처리이다.
바람직하게는, 상기 열처리 과정은 보호성 가스 분위기에서 진행된다.
바람직하게는, 상기 보호성 가스 분위기에서 사용되는 가스는 질소가스 및/또는 불활성가스이다.
바람직하게는, 상기 열처리 온도는 650 ~ 850 ℃이며, 예를 들어, 650 ℃, 660 ℃, 670 ℃, 680 ℃, 690 ℃, 700 ℃, 710 ℃, 720 ℃, 730 ℃, 740 ℃, 750 ℃, 760 ℃, 770 ℃, 780 ℃, 790 ℃, 800 ℃, 910 ℃, 920 ℃, 930 ℃, 940 ℃ 또는 950 ℃일 수 있으며, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열처리 시간은 30 ~ 50 분이며, 예를 들어, 30 분, 32 분, 34 분, 36 분, 38 분, 40 분, 42 분, 44 분, 46 분, 48 분 또는 50 분일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
본원 발명에서, 자기 코어를 치밀화하도록 압착된 그린 성형체(green compact) 인덕터에 대하여 열처리를 수행하여, 더 높은 포화자기유도강도, 더 높은 투자율 및 더 낮은 손실을 얻는 동시에 인덕터소자의 강도를 향상시킨다. 상이한 재료의 경우, 상이한 열처리 온도를 선택한다. 예를 들어, FeSiB, FeSiBCr, FeNiSiBPC 등 비정질 금속 연자성 분말의 경우, 열처리 온도는 분말의 결정화 온도를 초과하여서는 안 되고; 나노 결정질 금속 연성 합금 분말의 경우, 열처리 온도는 결정화 온도보다 높되 결정립 성장 온도를 초과하지 말아야 하며, 구체적인 열처리 온도는 시차주사 열량측정계(differential scanning calorimetry, DSC)에서 측정한 곡선에 따라 열처리 공정 온도를 설정하고; 가스 무화 또는 물 무화 또는 물-가스의 결합 무화 또는 다단 무화에 의해 무화된 FeSiAl, FeNi, FeNiMo, FeSi 등 연자성 분말의 경우, 분말의 배합에 따라 고온 열처리를 선택하되 열처리 온도는 650 ℃보다 높고 850 ℃보다 낮아야 한다. 열처리 시, 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성가스를 이용하여 보호할 수 있고, 수소 가스, 수소/질소 혼합 가스 등 환원성 가스를 이용하여 보호할 수도 있도록 열처리를 수행한다. 본원 발명에서 에나멜선이 없는 와이어를 사용하고 와이어 형상이 I형, S형, L형, U형, W형 및 E형 등이기 때문에, 와이어 사이가 상호 접촉하지 않는바 와이어 사이의 단락 문제가 존재하지 않는다.
본원 발명의 바람직한 기술적 해결방법으로서, 상기 제조방법은 와이어를 구부리고 주석 도금하기 전에, 자기 코어를 순차적으로 함침 및 분사코팅하는 것을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 함침처리는 진공함침이다.
바람직하게는, 상기 분사코팅에 사용되는 분사코팅액은 에폭시수지, 페인트 또는 패럴린(Parylene)을 포함한다.
본원 발명에서, 인덕터 소자의 강도, 내식성, 신뢰도를 더욱 향상시키도록 열처리된 인덕터 소자를 함침시키고 분사코팅처리하였다. 함침 및 분사코팅 시, 와이어가 함침 및 분사코팅시에 절연되지 않도록 자기 코어 외면에 노출된 와이어를 보호하여야 한다. 함침은 진공함침일 수 있고 일반 함침일 수도 있으며, 인덕터의 인덕턴스 특성에 영향을 미치지 않는다. 분사코팅은 에폭시수지, 페인트, 패럴린(Parylene) 등 자주 사용하는 분사코팅소재를 사용할 수 있다. 특정된 내식성이 좋은 연자성 분말재료의 경우, 함침 및 분사코팅을 수행하지 않고, 바로 와이어를 구부리고 주석 도금하여도 된다.
본원 발명의 일 바람직한 기술적 해결방법으로서, 상기 자성 분말은 연자성 분말을 순차적으로 절연피복, 이차피복 및 과립화처리하여 제조한다.
바람직하게는, 상기 연자성 분말은 입경이 상이한 두 가지 파우더를 배합하여 수득하나, 입경이 큰 파우더의 D50는 6 ~ 50 μm이고, 예를 들어, 6 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, 25 μm, 30 μm, 35 μm, 40 μm, 45 μm 또는 50 μm일 수 있으며; 입경이 작은 파우더의 D50는 1 ~ 6 μm이고, 예를 들어, 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm 또는 6 μm일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 파우더는 FeSiCr, FeSi, FeNi, FeSiAl, 카르보닐 철 분말, 카르보닐 철 니켈 분말, FeNiMo, Fe계 비정질 나노결정 재료, Co계 비정질 나노결정 연자성 재료 또는 Ni계 비정질 나노결정 연자성 재료를 포함한다.
본원 발명에서, 연자성 분말의 배합은 인덕터 특성 수요를 충족하도록 주로 투자율, DC 옵셋 능력 및 자기 코어 손실특성을 최적화하여 설계하는바, 파우더의 입도, 피복 및 복합 배합을 제어하여 자기 링을 압착하고 복합 자성 분말의 투자율 특성, DC 옵셋 특성 및 손실특성을 평가하므로, 설계에 따라 적절한 배합 시스템을 선택한다. 바람직한 해결방법으로서, 일반적으로 조분말과 미세분말을 혼합하여 배합하나, 분말의 형상은 구형일 수 있거나, 타원체 형상 또는 액체방울 형상일 수 있다. 바람직한 해결방법으로서, 연자성 분말은 가스 무화 또는 물 무화 또는 물-가스의 결합 무화를 포함하는 무화 공정에 의해서 제조되고, 카르보닐 철 분말 및 카르보닐 철 니켈 분말은 Fe(CO)5, (FeNi)(CO)x과 같은 카르보닐과 철 또는 철-니켈의 화합물의 열분해에 의해 얻어진다. 미세분말은 레이저 입도 분석기로 측정한 D50이 1 ~ 6 μm인 분말을 의미하고, 조분말은 레이저 입도 분석기로 측정한 D50이 6 ~ 50 μm인 분말을 의미한다. 분말의 배합 방법을 통하여, 연자성 복합재료의 성형 밀도를 향상시킬 수 있으며, 포화자기유도강도, DC 옵셋 특성 및 손실특성을 조정할 수 있다.
본원 발명의 일 바람직한 기술적 해결방법으로서, 상기 절연피복은 인산화, 산성화, 산화 또는 질화를 포함하는 피복공정에 의해 수행되며, 더 바람직하게는, 인산화 처리에 의해 연자성 분말을 절연피복한다.
바람직하게는, 상기 인산화 처리는 연자성 분말을 희석 후의 인산과 혼합교반하고 드라이하여 인산화 처리된 연자성 분말을 얻는 것을 포함한다.
바람직하게는, 아세톤을 사용하여 인산을 희석한다.
바람직하게는, 상기 인산과 아세톤의 질량비는 1 : (60 ~ 70)이며, 예를 들어, 1 : 60, 1 : 61, 1 : 62, 1 : 63, 1 : 64, 1 : 65, 1 : 66, 1 : 67, 1 : 68, 1 : 69 또는 1 : 70일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 인산과 아세톤을 1 ~ 6 분간 혼합교반하고, 예를 들어, 1 분, 2 분, 3 분, 4 분, 5 분 또는 6 분일 수 있으며; 5 ~ 10 분간 정치하여 대기시키고, 예를 들어, 5 분, 6 분, 7 분, 8 분, 9 분 또는 10 분일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 연자성 분말과 희석 후의 인산을 30 ~ 60 분간 혼합교반하며, 예를 들어, 30 분, 35 분, 40 분, 45 분, 50 분, 55 분 또는 60 분일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 드라이 온도는 90 ~ 110 ℃이며, 예를 들어, 90 ℃, 92 ℃, 94 ℃, 96 ℃, 98 ℃, 100 ℃, 103 ℃, 104 ℃, 106 ℃, 108 ℃ 또는 110 ℃일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 드라이 시간은 1 ~ 1.5 시간이며, 예를 들어, 1.0 시간, 1.1 시간, 1.2 시간, 1.3 시간, 1.4 시간 또는 1.5 시간일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
본원 발명에 관련된 절연피복공정은 금속 연자성 재료의 피복공정을 의미하고, 인산화, 산성화, 완만한 산화, 질화 등을 포함하는 표면처리에 의해 금속 연자성 분말 표면의 절연성 및 내식성을 향상시키며, 주로 높은 저항률의 분말재료를 첨가하거나 금속 연자성 입자 표면에 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 카올린, 지르코니아, 운모분말 등 재료를 포함하는 높은 저항율의 피복층을 한 층 인시츄 성장시켜 금속 연자성 분말 사이의 절연성을 향상시키는바, 상이한 종류의 금속 연자성 합금 분말은 상이한 피복방법 및 피복공정에 의해 최적의 피복 효과를 구현한다.
본원 발명의 일 바람직한 기술적 해결방법으로서, 상기 이차피복은 피복물질과 절연피복된 연자성 분말의 혼합교반을 포함한다.
바람직하게는, 상기 피복물질은 연자성 분말의 2 ~ 10wt%이며, 예를 들어, 2 wt%, 3 wt%, 4 wt%, 5 wt%, 6 wt%, 7 wt%, 8 wt%, 9 wt% 또는 10 wt%일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 피복물질은 페놀수지, 에폭시수지 또는 실리콘수지를 포함한다.
바람직하게는, 상기 피복물질과 연자성 분말을 40 ~ 60 분간 혼합교반하며, 예를 들어, 40 분, 42 분, 44 분, 46 분, 48 분, 50 분, 52 분, 54 분, 56 분, 58 분 또는 60 분일 수 있으나 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
본원 발명의 일 바람직한 기술적 해결방법으로서, 상기 과립화처리는 이차피복 후의 연자성 분말을 과립화하고, 과립화가 완료된 후 자연 건조, 건조 및 냉각을 차례로 수행하여 상기 자성 분말을 수득하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 과립화 공정은 40 ~ 60 메쉬의 과립화기에서 진행하고, 예를 들어, 40 메쉬, 42 메쉬, 44 메쉬, 46 메쉬, 48 메쉬, 50 메쉬, 52 메쉬, 54 메쉬, 56 메쉬, 58 메쉬 또는 60 메쉬일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 자연 건조 시간은 3 시간 이하이고, 예를 들어, 0.5 시간, 1 시간, 1.5 시간, 2 시간, 2.5 시간 또는 3 시간일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 자연 건조 후의 연자성 분말을 30 ~ 50 메쉬의 체에 통과시킨 후 건조처리하고, 예를 들어, 30 메쉬, 32 메쉬, 34 메쉬, 36 메쉬, 38 메쉬, 40 메쉬, 42 메쉬, 44 메쉬, 46 메쉬, 48 메쉬 또는 50 메쉬일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 건조온도는 50 ~ 70 ℃이며, 예를 들어, 50 ℃, 52 ℃, 54 ℃, 56 ℃, 58 ℃, 60 ℃, 62 ℃, 64 ℃, 66 ℃, 68 ℃ 또는 70 ℃일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 건조 시간은 0.8 ~ 1.2 시간이며, 예를 들어, 0.8 시간, 0.9 시간, 1.0 시간, 1.1 시간 또는 1.2 시간일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각 과정은 자연냉각이다.
바람직하게는, 냉각 후의 연자성 분말을 30 ~ 50 메쉬의 체에 통과시킨 후 체가름한 후의 연자성 분말에 첨가제를 첨가하여 상기 자성 분말을 수득하고, 예를 들어, 30 메쉬, 32 메쉬, 34 메쉬, 36 메쉬, 38 메쉬, 40 메쉬, 42 메쉬, 44 메쉬, 46 메쉬, 48 메쉬 또는 50 메쉬일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 첨가제는 산화마그네슘, 윤활 분말 또는 탈형 분말을 포함한다.
제2 측면에서, 본원 발명은 제1 측면에 따른 상기 제조방법에 의해 제조된 동시소성 인덕터를 제공하는바, 상기 동시소성 인덕터는 자기 코어; 및 자기 코어 내부에 위치한 적어도 하나의 와이어를 포함하고, 와이어 양단은 자기 코어 외부로 인출되며, 와이어의 자기 코어 외부로 인출된 부분을 구부려 자기 코어의 외벽에 밀착시킨다.
본원 발명의 일 바람직한 기술적 해결방법으로서, 상기 와이어는 에나멜선이 없는 베어 와이어이다.
바람직하게는, 상기 와이어는 구리선이다.
바람직하게는, 상기 와이어는 직사각형 단면을 가진 납작한 와이어이다.
바람직하게는, 상기 와이어의 형상은 직선 와이어 또는 이형 와이어이다.
바람직하게는, 상기 이형 와이어의 형상은 S형, L형, U형, W형 또는 E형을 포함한다.
본원 발명에서 에나멜선이 없는 와이어를 사용하고, 와이어 형상은 S형, L형, U형, W형 및 E형 등이기 때문에, 와이어 사이가 상호접촉하지 않는바, 와이어 사이의 단락 문제가 존재하지 않는다.
바람직하게는, 상기 와이어는 수평면에서 자성 분말 내부에 나란히 이격 배치된다.
바람직하게는, 와이어의 자기 코어 외부로 인출된 부분과 자기 코어의 직사각형 경계면 중 하나의 장변은 절곡선이며, 와이어의 자기 코어 외부로 인출된 부분은 절곡선을 따라 구부려진 후 자기 코어 외벽에 밀착된다.
바람직하게는, 상기 와이어 폭은 2 ~ 3 mm이며, 예를 들어, 2.0 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm, 2.6 mm, 2.7 mm, 2.8 mm, 2.9 mm 또는 3.0 mm일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
상기 와이어 길이는 10 ~ 20 mm이며, 예를 들어, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 15 mm, 16 mm, 17 mm, 18 mm, 19 mm 또는 20 mm일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
상기 와이어 두께는 0.2 ~ 0.4 mm이고, 예를 들어, 0.2 mm, 0.22 mm, 0.24 mm, 0.26 mm, 0.28 mm, 0.3 mm, 0.32 mm, 0.34 mm, 0.35 mm, 0.38 mm 또는 0.4 mm일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 동시소성 인덕터는 직육면체 형상이다.
바람직하게는, 상기 동시소성 인덕터의 길이는 7 ~ 10 mm이며, 예를 들어, 7.0 mm, 7.2 mm, 7.4 mm, 7.6 mm, 7.8 mm, 8.0 mm, 8.2 mm, 8.4 mm, 8.6 mm, 8.8 mm 또는 9.0 mm일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
상기 동시소성 인덕터의 폭은 5 ~ 7 mm이고, 예를 들어, 5.0 mm, 5.2 mm, 5.4 mm, 5.6 mm, 5.8 mm, 6.0 mm, 6.2 mm, 6.4 mm, 6.6 mm, 6.8 mm 또는 7.0 mm일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
상기 동시소성 인덕터의 높이는 1.5 ~ 3 mm이며, 예를 들어, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 1.9 mm, 2.0 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm, 2.6 mm, 2.7 mm, 2.8 mm, 2.9 mm 또는 3.0 mm일 수 있으나, 상기 나열된 수치에 한정되는 것은 아니며 해당 수치 범위 내에 나열되지 않은 다른 수치도 적용할 수 있다.
종래 기술과 비교하여, 본원 발명의 유익한 효과는 다음과 같다.
본원 발명에서 제공하는 제조방법은 일체형 성형공정에 의해 인덕터를 제조하므로, 너무 많은 부품의 조립 공정을 피면하였고, 일체형 성형 후 열처리를 수행하여 응력을 충분히 제거(Release)하였으며 재료의 히스테리시스(Hysteresis) 손실을 줄이고, 경부하 조건하에서 소자의 손실을 감소하며 와이어와 자기 코어 사이에 별도의 공극이 없으므로 에어갭이 자기 코어에 고르게 분포되고 와류 손실에 의한 진동 노이즈를 감소한다.
본원 발명은 와이어 직경, 길이 및 형상을 박형, 대전류 및 고주파 작은 인덕턴스의 응용 시나리오에 맞게 재설계하였는바, 큰 단면을 가진 납작한 구리선은 인덕터 소자의 DCR를 직접 감소하고, 에나멜선이 없는 와이어를 사용하여 고온 열처리를 진행할 수 있으므로, 자기 코어와 와이어의 열전도성이 좋으며, 분말 코어의 손실을 더욱 감소하여, 고전력 밀도의 전원 설계에 더욱 유리하다.
상세한 기재를 읽고 이해하면 다른 측면도 이해할 것이다.
도 1은 본원 발명 일 구체적인 실시형태에 따라 제공되는 동시소성 인덕터의 구조도이다.
여기서, 1-자기 코어; 2-와이어.
여기서, 1-자기 코어; 2-와이어.
이하, 도면을 결부하여 구체적인 실시형태에 의해서 본원 발명의 기술적 해결방법에 대해 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1
본 실시예는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법을 제공하는바, 상기 제조방법은,
(1) 금형캐비티내로 자성 분말을 충진하고, 하나의 직사각형 단면을 가진 납작한 구리선(2)의 에나멜선을 제거한 후 자성 분말에 매입하며, 와이어(2) 양단을 금형캐비티 밖으로 인출하되, 와이어(2) 형상은 직선 와이어(2), 길이는 14 mm, 폭은 2.2 mm, 두께는 0.35 mm인 단계;
(2) 매입된 와이어(2)의 자성 분말을 압축성형하되, 압축방식은 열압착이며, 열압착 압력은 500 Mpa/cm2, 열압착 온도는 180 ℃, 열압착 시간은 20 초인 단계;
(3) 성형 후, 보호성 가스 분위기에서 어닐링 열처리를 수행하여 자기 코어(1)를 얻으며, 열처리 온도는 700 ℃, 열처리 시간은 30 분인 단계; 및
(4) 자기 코어(1) 밖으로 인출된 와이어(2)를 순차적으로 함침 및 분사코팅하고 이를 구부려 주석 도금하여 크기가 10.0 mm Х 5.0 mm Х 2.0 mm인 동시소성 인덕터(도 1에 도시)를 수득하되, 함침처리는 진공함침이며, 분사코팅 과정에서 사용한 분사코팅액은 에폭시수지인 단계; 를 포함한다.
여기서, (1) 단계에 따른 자성 분말은,
(a) D50 = 20.2 μm인 FeSi 분말과 D50 = 3 μm인 카르보닐 철 분말을 7:3의 질량비로 혼합하여, 배합 후의 연자성 분말을 얻는 분말배합 단계;
(b) 인산을 아세톤을 사용하여 희석하고 인산과 아세톤의 질량비는 1 : 60이며, 인산과 아세톤을 1 분간 혼합교반한 후 5 분간 정치하여 대기시키는바, (a) 단계에서 수득한 배합 후의 연자성 분말과 희석된 인산을 30 분간 혼합교반하고, 90 ℃의 온도하에서 1 시간 드라이하여, 인산화 처리된 연자성 분말을 얻는 절연피복 단계;
(c) 피복물질과 (c) 단계에서 수득한 연자성 분말을 40 분간 혼합교반하는바, 피복물질은 연자성 분말의 2 wt%이고 피복물질은 페놀수지인 이차피복 단계; 및
(d) 이차피복 후의 연자성 분말을 40 메쉬의 과립화기에서 과립화하고, 과립화가 완료된 후 자연 건조를 진행하되 자연 건조 시간은 2 시간이며, 자연 건조 후의 연자성 분말을 30 메쉬의 체에 통과시킨 후, 50 ℃의 온도하에서 0.8 시간 건조 처리하였으며, 자연 냉각 후에 30 메쉬의 체에 통과시킨 후, 체가름한 후의 연자성 분말에 첨가제를 첨가하여 상기 자성 분말을 얻으며, 첨가제는 산화마그네슘인 과립화처리 단계; 를 포함하는 방법에 의해 제조되었다.
제조된 동시소성 인덕터의 인덕턴스 특성을 테스트하여 초기 인덕턴스 L(0A) = 120 nH, 포화전류는 70 A, 승온전류는 65 A으로 측정되었다. 12 V - 1 V의 강압회로(Step-down circuit)를 사용하여 효율 테스트를 진행하였으며, 테스트시 스위칭 전원 주파수는 500 kHz이되, 전자 부하가 5 A이면, 효율은 79.5 %에 도달하고, 전자 부하가 15 A이면, 효율은 88.3%에 도달한다.
실시예 2
본 실시예는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법를 제공하는바, 상기 제조방법은,
(1) 금형캐비티내로 자성 분말을 충진하고, 하나의 직사각형 단면을 가진 납작한 구리선(2)의 에나멜선을 제거한 후 자성 분말에 매입하며, 와이어(2) 양단을 금형캐비티 밖으로 인출하되, 와이어(2) 형상은 S형, 길이는 10 mm, 폭은 2.6 mm, 두께는 0.30 mm인 단계;
(2) 매입된 와이어(2)의 자성 분말을 압축성형하되, 압축방식은 열압착이며, 열압착 압력은 400 Mpa/cm2, 열압착 온도는 175 ℃, 열압착 시간은 25 초인 단계;
(3) 성형 후, 보호성 가스 분위기에서 어닐링 열처리를 수행하여 자기 코어(1)를 얻었으며, 열처리 온도는 650 ℃, 열처리 시간은 50 분인 단계; 및
(4) 자기 코어(1)밖으로 인출된 와이어(2)를 순차적으로 함침 및 분사코팅하고 이를 구부려 주석 도금하여 크기가 8.0 mm Х 6.0 mm Х 1.9 mm인 동시소성 인덕터(도 1에 도시)를 수득하되 함침처리는 진공함침이며, 분사코팅 과정에서 사용한 분사코팅액은 에폭시수지인 단계; 를 포함한다.
여기서, (1) 단계에 따른 자성 분말은,
(a) D50 = 18.3 μm인 FeSiAl 분말과 D50 = 2.8 μm인 FeNi분말을 75 : 25의 질량비로 혼합하여, 배합 후의 연자성 분말을 얻는 분말배합 단계;
(b) 인산을 아세톤을 사용하여 희석하고 인산과 아세톤의 질량비는 1 : 63이며, 인산과 아세톤을 3 분간 혼합교반한 후 6 분간 정치하여 대기시키는바, (a) 단계에서 수득한 배합 후의 연자성 분말과 희석된 인산을 40 분간 혼합교반하고, 95 ℃의 온도하에서 1.2 시간 드라이하여 인산화 처리된 연자성 분말을 얻는 절연피복 단계;
(c) 피복물질과 (c) 단계에서 수득한 연자성 분말을 45 분간 혼합교반하는바, 피복물질은 연자성 분말의 5 wt%이고 피복물질은 에폭시수지인 이차피복 단계; 및
(d) 이차피복 후의 연자성 분말을 43 메쉬의 과립화기에서 과립화하고, 과립화가 완료된 후 자연 건조를 진행하되 자연 건조 시간은 2.3 시간이며, 자연 건조 후의 연자성 분말을 35 메쉬의 체에 통과시킨 후, 55 ℃의 온도하에서 1 시간 건조 처리하였으며, 자연냉각 후에 35 메쉬의 체에 통과시킨 후, 체가름한 후의 연자성 분말에 첨가제를 첨가하여 상기 자성 분말을 얻으며, 첨가제는 윤활 분말인 과립화처리 단계; 를 포함하는 방법에 의해 제조되었다.
제조된 동시소성 인덕터의 인덕턴스 특성을 테스트하여 초기 인덕턴스 L(0A) = 100 nH, 포화전류는 50 A, 승온전류는 50 A로 측정되었다. 6 V - 0.8 V의 강압회로(Step-down circuit)를 사용하여 효율 테스트를 진행하였으며, 테스트시 스위칭 전원 주파수는 1000 kHz이되, 전자 부하가 5 A이면, 효율은 81.5 %에 도달하고, 전자 부하가 25 A이면, 효율은 90.3 %에 도달한다.
실시예 3
본 실시예는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법을 제공하는바, 상기 제조방법은,
(1) 금형캐비티내로 자성 분말을 충진하고, 하나의 직사각형 단면을 가진 납작한 구리선(2)의 에나멜선을 제거한 후 자성 분말에 매입하며, 와이어(2) 양단을 금형캐비티 밖으로 인출하되, 와이어(2) 형상은 w형, 길이는 18 mm, 폭은 2.8 mm, 두께는 0.26 mm인 단계;
(2) 매입된 와이어(2)의 자성 분말을 압축성형하되, 압축방식은 냉압착이며, 냉압착 압력은 1600 Mpa/cm2인 단계;
(3) 성형 후, 보호성 가스 분위기에서 어닐링 열처리를 수행하여 자기 코어(1)를 얻었으며, 열처리 온도는 690 ℃, 열처리 시간은 40 분인 단계; 및
(4) 자기 코어(1) 밖으로 인출된 와이어(2)를 순차적으로 함침 및 분사코팅하고 이를 구부려 주석 도금하여 크기가 7.50 mm Х 6.5 mm Х 1.8 mm인 동시소성 인덕터(도 1에 도시)를 수득하되, 함침처리는 진공함침이며, 분사코팅 과정에서 사용되는 분사코팅액은 에폭시수지인 단계; 를 포함한다.
여기서, (1) 단계에 따른 자성 분말은,
(a) D50 = 17.5 μm인 FeNi 분말과 D50 = 2.6 μm인 FeSi분말을 80 : 20의 질량비로 혼합하여, 배합 후의 연자성 분말을 얻는 분말배합 단계;
(b) 인산을 아세톤을 사용하여 희석하고 인산과 아세톤의 질량비는 1 : 65이며, 인산과 아세톤을 5 분간 혼합교반한 후, 8 분간 정치하여 대기시키는바, (a) 단계에서 수득한 배합 후의 연자성 분말과 희석된 인산을 50 분간 혼합교반하고, 100 ℃의 온도하에서 1.3 시간 드라이하여, 인산화 처리된 연자성 분말을 얻는 절연피복 단계;
(c) 피복물질과 (c) 단계에서 수득한 연자성 분말을 55 분간 혼합교반하는바 피복물질은 연자성 분말의 7 wt%이고, 피복물질은 실리콘수지인 이차피복 단계; 및
(d) 이차피복 후의 연자성 분말을 50 메쉬의 과립화기에서 과립화하고, 과립화가 완료된 후 자연 건조를 진행하되 자연 건조 시간은 2.5 시간이며, 자연 건조 후의 연자성 분말을 40 메쉬의 체에 통과시킨 후, 63 ℃의 온도하에서 1.1 시간 건초 처리하였으며, 자연냉각 후에 40 메쉬의 체에 통과시킨 후, 체가름한 후의 연자성 분말에 첨가제를 첨가하여 상기 자성 분말을 얻으며, 첨가제는 탈형 분말인 과립화처리 단계; 를 포함하는 방법에 의해 제조되었다.
제조된 동시소성 인덕터의 인덕턴스 특성을 테스트하여 초기 인덕턴스 L(0A) = 150 nH, 포화전류는 80 A, 승온전류는 75 A으로 측정되었다. 5 V - 1 V의 강압회로를 사용하여 효율 테스트를 진행하였으며, 테스트시 스위칭 전원 주파수는 750 kHz이되, 전자 부하가 5 A이면, 효율은 78.2 %에 도달하고, 전자 부하가 45 A이면, 효율은 92.5 %에 도달한다.
실시예 4
본 실시예는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법을 제공하는바, 상기 제조방법은,
(1) 금형캐비티내로 자성 분말을 충진하고, 하나의 직사각형 단면을 가진 납작한 구리선(2)의 에나멜선을 제거한 후 자성 분말에 매입하며, 와이어(2) 양단을 금형캐비티 밖으로 인출하되, 와이어(2) 형상은 직선 와이어(2), 길이는 10 mm, 폭은 2.0 mm, 두께는 0.36 mm인 단계;
(2) 매입된 와이어(2)의 자성 분말을 압축성형하되, 압축방식은 냉압착이며, 냉압착 압력은 1500 Mpa/cm2인 단계;
(3) 성형 후, 보호성 가스 분위기에서 어닐링 열처리를 수행하여 자기 코어(1)를 얻었으며, 열처리 온도는 850 ℃, 열처리 시간은 30 분인 단계; 및
(4) 자기 코어(1)밖으로 인출된 와이어(2)를 순차적으로 함침 및 분사코팅하고 이를 구부려 주석 도금하여 크기가 8.0 mm Х 5.0 mm Х 3.0 mm인 동시소성 인덕터(도 1에 도시)를 수득하되, 함침처리는 진공함침이며, 분사코팅 과정에서 사용한 분사코팅액은 에폭시수지인 단계; 를 포함한다.
여기서, (1) 단계에 따른 자성 분말은 (a) D50 = 23 μm인 FeSiB 비정질 분말과 D50 = 2 μm인 카르보닐 철 니켈 분말을 80 : 20의 질량비로 혼합하여, 배합 후의 연자성 분말을 얻는 분말배합 단계;
(b) 인산을 아세톤을 사용하여 희석하고, 인산과 아세톤의 질량비는 1 : 70이며, 인산과 아세톤을 6 분간 혼합교반한 후 10 분간 정치하여 대기시키는바, (a) 단계에서 수득한 배합 후의 연자성 분말과 희석된 인산을 60 분간 혼합교반하고, 110 ℃의 온도하에서 1.5 시간 드라이하여 인산화 처리된 연자성 분말을 얻는 절연피복 단계;
(c) 피복물질과 (c) 단계에서 수득한 연자성 분말을 60 분간 혼합교반하는바, 피복물질은 연자성 분말의 10 wt%이고, 피복물질은 실리콘수지인 이차피복 단계; 및
(d) 이차피복 후의 연자성 분말을 60 메쉬의 과립화기에서 과립화하고, 과립화가 완료된 후 자연 건조를 진행하되, 자연 건조 시간은 3 시간이며, 자연 건조 후의 연자성 분말을 50 메쉬의 체에 통과시킨 후, 70 ℃의 온도하에서 1.2 시간 건조처리하였으며, 자연냉각 후에 50 메쉬의 체에 통과시킨 후, 체가름한 후의 연자성 분말에 첨가제를 첨가하여 상기 자성 분말을 얻으며, 첨가제는 산화마그네슘인 과립화처리 단계; 를 포함하는 방법에 의해 제조되었다.
제조된 동시소성 인덕터의 인덕턴스 특성을 테스트하여 인덕턴스 L(0A) = 60 nH, 포화전류는 15 A, 승온전류는 12 A로 측정되었다. 5 V - 1 V의 강압회로를 사용하여, 효율 테스트를 진행하였으며, 테스트시 스위칭 전원 주파수는 1500 kHz이되, 전자 부하가 0.5 A이면, 효율은 89.5 %에 도달하고, 전자 부하가 5 A이면, 효율은 90.5 %에 도달한다.
Claims (12)
- 금형캐비티 내로 자성 분말을 충진하고, 적어도 하나의 와이어를 자성 분말에 매입하되, 와이어 양단을 금형캐비티 밖으로 인출한 후, 순차적으로 압축성형 및 열처리하여 자기 코어를 얻었으며, 자기 코어 밖으로 인출된 와이어를 구부리고 주석 도금하여 동시소성 인덕터를 얻는 것을 포함하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 와이어는 에나멜선이 없는 베어 와이어인 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 와이어는 구리선인 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어는 직사각형 단면을 가진 납작한 와이어이고;
바람직하게는, 상기 와이어의 형상은 직선 와이어 또는 이형 와이어이며;
바람직하게는, 상기 이형 와이어의 형상은 S형, L형, U형, W형 또는 E형을 포함하고;
바람직하게는, 상기 와이어는 수평면에서 자성 분말 내부에 나란히 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축방식은 열압착 또는 비열압착이고,
바람직하게는, 상기 열압착의 압력은 800Mpa/cm2이상이고, 더 바람직하게는, 2000MPa/cm2이며;
바람직하게는, 상기 열압착의 온도는 90 ~ 180 ℃이고;
바람직하게는, 상기 열압착의 시간은 5 ~ 100 초이며;
바람직하게는, 상기 열처리는 어닐링 처리이고;
바람직하게는, 상기 열처리 과정은 보호성 가스 분위기에서 진행되며;
바람직하게는, 상기 보호성 가스 분위기에서 사용되는 가스는 질소가스 및/또는 불활성가스이고;
바람직하게는, 상기 열처리의 온도는 650 ~ 850 ℃이며;
바람직하게는, 상기 열처리의 시간은 30 ~ 50 분인 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
구부리고 주석 도금하기 전에, 자기 코어를 순차적으로 함침 및 분사코팅하는 것을 더 포함하고;
바람직하게는, 상기 함침처리는 진공함침이며;
바람직하게는, 상기 분사코팅에 사용되는 분사코팅액은 에폭시수지, 페인트 또는 패럴린(Parylene)을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자성 분말은, 연자성 분말을 순차적으로 절연피복, 이차피복 및 과립화처리하여 상기 자성 분말을 얻고;
바람직하게는, 상기 연자성 분말은 입경이 상이한 두 가지 파우더를 배합하여 수득하고, 입경이 큰 파우더의 D50는 6 ~ 50 μm이고, 입경이 작은 파우더의 D50는 1 ~ 6 μm이며;
바람직하게는, 상기 파우더는 FeSiCr, FeSi, FeNi, FeSiAl, 카르보닐 철 분말, 카르보닐 철 니켈 분말, FeNiMo, Fe계 비정질 나노결정 재료, Co계 비정질 나노결정 연자성 재료 또는 Ni계 비정질 나노결정 연자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 절연피복에 사용되는 피복 공정은 인산화, 산성화, 산화 또는 질화처리를 포함하고, 더 바람직하게는, 연자성 분말은 인산화 처리로 절연피복되며;
바람직하게는, 상기 인산화 처리에서, 연자성 분말과 희석된 인산을 혼합교반하고 드라이하여, 인산화 처리를 거친 연자성 분말을 얻으며;
바람직하게는, 아세톤을 사용하여 인산을 희석하고;
바람직하게는, 상기 인산과 아세톤의 질량비는 1 : (60 ~ 70)이며;
바람직하게는, 상기 인산과 아세톤을 1 ~ 6 분간 혼합교반하고, 5 ~ 10 분간 정치하여 대기시키고;
바람직하게는, 상기 연자성 분말과 희석된 인산을 30 ~ 60 분간 혼합교반하며;
바람직하게는, 상기 드라이 온도는 90 ~ 110 ℃이고;
바람직하게는, 상기 드라이 시간은 1 ~ 1.5 시간인 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 이차피복은, 피복물질을 절연피복된 연자성 분말과 혼합교반하는 것을 포함하고;
바람직하게는, 상기 피복물질은 연자성 분말의 2 ~ 10 wt% 이며;
바람직하게는, 상기 피복물질은 페놀수지, 에폭시수지 또는 실리콘수지를 포함하고;
바람직하게는, 상기 피복물질과 연자성 분말을 40 ~ 60 분간 혼합교반하는 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 과립화처리는,
이차피복 후의 연자성 분말을 과립화하고, 과립화가 완료된 후 자연 건조, 건조 및 냉각을 차례로 수행하여 상기 자성 분말을 수득하는 것을 포함하고;
바람직하게는, 상기 과립화 과정은 40 ~ 60 메쉬 과립화기에서 진행하며;
바람직하게는, 상기 자연 건조의 시간은 3 시간 이하이고;
바람직하게는, 자연 건조 후의 연자성 분말을 30 ~ 50 메쉬의 체에 통과시킨 후, 건조처리하며;
바람직하게는, 상기 건조온도는 50 ~ 70 ℃이고;
바람직하게는, 상기 건조 시간은 0.8 ~ 1.2 시간이며;
바람직하게는, 상기 냉각공정은 자연냉각이고;
바람직하게는, 냉각 후의 연자성 분말을 30 ~ 50 메쉬의 체에 통과시킨후, 체가름한 후의 연자성 분말에 첨가제를 첨가하여 상기 자성 분말을 수득하고;
바람직하게는, 상기 첨가제는 산화마그네슘, 윤활 분말 또는 탈형 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 일체형 동시소성 인덕터의 제조방법에 의해 제조된 동시소성 인덕터에 있어서,
자기 코어; 및
자기 코어 내부에 위치한 적어도 하나의 와이어; 를 포함하고,
와이어 양단은 자기 코어 외부로 인출되고, 와이어의 자기 코어 외부로 인출된 부분을 구부려 자기 코어의 외벽에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 동시소성 인덕터. - 제 11 항에 있어서,
상기 와이어는 에나멜선이 없는 베어 와이어이고;
바람직하게는, 상기 와이어는 구리선이며;
바람직하게는, 상기 와이어는 직사각형 단면을 가진 납작한 와이어이고;
바람직하게는, 상기 와이어의 형상은 직선 와이어 또는 이형 와이어이며;
바람직하게는, 상기 이형 와이어의 형상은 S형, L형, U형, W형 또는 E형을 포함하고;
바람직하게는, 상기 와이어는 수평면에서 자성 분말 내부에 나란히 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 동시소성 인덕터.
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