KR20220156443A - 코일 봉입 자심 및 코일 부품 - Google Patents

Abstract

[과제] 절연성의 향상과 초투자율의 향상을 양립시킬 수 있는 코일 봉입 자심 및 코일 부품을 제공한다.
[해결 수단] 자성분 및 수지를 포함하고, 상기 도체로 이루어지는 코일을 봉입하는 코일 봉입 자심으로서, 개질제를 포함하는 코일 봉입 자심.

Description

코일 봉입 자심 및 코일 부품{COIL-EMBEDDED MAGNETIC CORE AND COIL DEVICE}

본 발명은, 코일 봉입 자심 및 코일 부품에 관한 것이며, 특히, 전자 기기 중의 전원 평활 회로용 초크 코일 등과 같이, 전원용 인덕터 등으로서 바람직하게 이용되는 코일 부품 및 이것에 포함되는 코일 봉입 자심에 관한 것이다.

민생용 또는 산업용의 전자 기기 분야에서는, 전원용의 인덕터로서 표면 실장형의 코일 부품을 이용하는 경우가 많아지고 있다. 표면 실장형의 코일 부품은, 소형·박형이며 전기적 절연성이 우수하고, 또한 저비용으로 제조할 수 있기 때문이다. 표면 실장형의 코일 부품의 구체적 구조 중 하나로, 프린트 회로 기판 기술을 응용한 평면 코일 구조가 있다.

이러한 코일 부품에 있어서는, 코일(도체)을 봉입하는 코일 봉입 자심의 전기적·자기적 특성이, 코일 부품의 전기적·자기적 특성에 큰 영향을 끼친다. 예를 들면, 자성분 간의 자기적 응집력을 약하게 하기 위해서, 코일 봉입 자심에 분산제를 첨가하는 기술이 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조).

그러나, 코일 봉입 자심에 분산제를 첨가하는 종래 기술에서는, 미량의 첨가로는 자성분 간의 절연성이 불충분해지는 문제가 있고, 첨가량이 너무 많으면 자기 특성의 저하를 초래하는 문제가 있다.

일본국 특허공개 평 11-126721호 공보

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어졌고, 그 목적은, 절연성의 향상과 초(初)투자율의 향상을 양립시킬 수 있는 코일 봉입 자심 및 코일 부품을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 코일 봉입 자심은,

자성분 및 수지를 포함하고, 도체로 이루어지는 코일을 봉입하는 코일 봉입 자심으로서,

개질제를 포함한다.

본 발명에 따른 코일 봉입 자심은, 개질제를 포함하기 때문에, 개질제가 자성분끼리의 접촉을 방지함으로써, 절연성의 향상과 초투자율의 향상을 양립시킬 수 있다.

또, 상기 개질제는, 폴리카프로락톤 구조를 갖는 물질이어도 된다.

폴리카프로락톤 구조를 갖는 개질제는, 코일 봉입 자심의 절연성의 향상과 초투자율의 향상을 초래하는 효과가 현저하다.

또, 예를 들면, 상기 개질제의 함유량은, 상기 코일 봉입 자심의 총량에 대해서 0.1~0.8wt%여도 된다.

개질제의 함유량을 상기의 범위로 함으로써, 코일 봉입 자심의 절연성의 향상과 초투자율의 향상을 초래하는 효과가 특히 현저하다.

또, 예를 들면, 상기 자성분은, 연자성 금속을 포함하고 있어도 된다.

연자성 금속을 포함하는 자성분을 이용함으로써, 코일 봉입 자심의 초투자율을 높일 수 있다.

또, 예를 들면, 상기 자성분은, 연자성 금속으로 이루어지는 연자성 자성분이 SiО₂를 포함하는 절연 코팅으로 피복된 절연 코팅 입자의 일부여도 된다.

자성분이 절연 코팅 입자의 일부임으로써, 코일 봉입 자심의 절연성을 보다 향상시킬 수 있다.

또, 예를 들면, 상기 자성분은, 서로 입경이 상이한 적어도 2종류의 자성분인 소경분 및 대경분을 가져도 된다.

2종류 이상, 예를 들면 3종류의 자성분을 가짐으로써, 코일 봉입 자심의 밀도가 향상되고, 초투자율을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 따른 코일 부품은, 도체로 이루어지는 코일과,

자성분 및 수지를 포함하고, 상기 코일을 봉입하는 코일 봉입 자심과,

상기 코일에 전기적으로 접속하는 한 쌍의 외부 단자를 갖고,

상기 코일 봉입 자심이 개질제를 포함한다.

본 발명에 따른 코일 부품은, 코일 봉입 자심이 개질제를 포함하기 때문에, 개질제가 자성분끼리의 접촉을 방지함으로써, 코일 봉입 자심의 절연성의 향상과 초투자율의 향상을 양립시킨다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 코일 부품의 사시도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 코일 부품의 분해 사시도이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 III-III선을 따르는 단면도이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 IV-IV선을 따르는 단면도이다.
도 5는, 절연 코팅된 자성분의 모식도이다.
도 6은, 개질제의 첨가량과 코일 봉입 자심의 절연 파괴 강도에 관한 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 개질제의 첨가량과 코일 봉입 자심의 초투자율에 관한 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 개질제의 첨가량과 코일 봉입 자심의 3점 굽힘 강도에 관한 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 코일 부품의 단면도이다.

이하, 본 발명을, 도면에 나타내는 실시형태에 의거하여 설명한다.

제1 실시형태

본 발명에 따른 코일 부품의 일 실시형태로서, 도 1~도 4에 나타내는 코일 부품(2)을 들 수 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 코일 부품(2)은, 직사각형 평판 형상의 본체부(10)와, 본체부(10)의 X축 방향의 양단에 각각 장착되어 있는 한 쌍의 외부 단자(4, 4)를 갖는다. 외부 단자(4, 4)는, 본체부(10)의 X축 방향 단면을 덮음과 더불어, X축 방향 단면의 근처에서, 본체부(10)의 Z축 방향의 상면(10a)과 하면(10b)을 일부 덮고 있다. 또한, 외부 단자(4, 4)는, 본체부(10)의 Y축 방향의 한 쌍의 측면도 일부 덮고 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본체부(10)는, 상부 코어(15)와 하부 코어(16)로 이루어지는 코일 봉입 자심(17)과, 내부 도체 통로(12, 13) 및 스루홀 도체(18)(도 3 참조)를 갖는 코일(19)을 갖는다. 또, 본체부(10)는, 그 Z축 방향의 중앙부에, 절연 기판(11)을 갖는다.

절연 기판(11)은, 글라스 클로스에 에폭시 수지를 함침시킨 일반적인 프린트 기판 재료로 이루어지는 것이 바람직하지만 특별히 한정은 없다.

또, 본 실시형태에서는 절연 기판(11)의 형상이 직사각형이지만, 그 외의 형상이어도 된다. 절연 기판(11)의 형성 방법에도 특별히 제한은 없으며, 예를 들면 사출 성형, 닥터 블레이드법, 스크린 인쇄 등에 의해 형성된다.

또, 절연 기판(11)의 Z축 방향의 상면(한쪽의 주면)에, 원형 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(12)로 이루어지는 내부 전극 패턴이 형성되어 있다. 내부 도체 통로(12)는 코일(19)의 일부를 구성한다. 또, 내부 도체 통로(12)의 재질로서는, 특별히 제한되지 않는데, 예를 들면, Cu, Au 등의 금속의 양도체를 들 수 있다.

스파이럴 형상의 내부 도체 통로(12)의 내주단에는, 접속단(12a)이 형성되어 있다. 또, 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(12)의 외주단에는, 본체부(10)의 한쪽의 X축 방향 단부(X 음의 방향 단부)를 따라서 노출되도록 리드용 콘택트(12b)가 형성되어 있다.

절연 기판(11)의 Z축 방향의 하면(다른 쪽의 주면)에는, 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(13)로 이루어지는 내부 전극 패턴이 형성되어 있다. 내부 도체 통로(13)는 코일(19)의 일부를 구성한다. 또, 내부 도체 통로(13)의 재질로서는, 특별히 제한되지 않는데, 내부 도체 통로(12)와 동일하게, 예를 들면, Cu, Au 등의 금속의 양도체를 들 수 있다.

스파이럴 형상의 내부 도체 통로(13)의 내주단에는, 접속단(13a)이 형성되어 있다. 또, 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(13)의 외주단에는, 본체부(10)의 다른쪽의 X축 방향 단부(X 양의 방향 단부)를 따라서 노출되도록 리드용 콘택트(13b)가 형성되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 접속단(12a)과 접속단(13a)은, Z축 방향으로는 절연 기판(11)을 사이에 두고 반대 측에 형성되어 있고, X축 방향, Y축 방향으로는 같은 위치에 형성되어 있다. 그리고, 접속단(12a)과 접속단(13a)은, 절연 기판(11)에 형성되어 있는 스루홀(11i)에 매입(埋入)되어 있는 스루홀 도체(18)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(12)와, 동일하게 스파이럴 형상인 내부 도체 통로(13)는, 스루홀 도체(18)를 통해 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본체부(10)의 상면(10a) 측(X축 양의 방향 측)에서 본 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(12)는, 외주단의 리드용 콘택트(12b)로부터 내주단의 접속단(12a)을 향하여 반시계 방향의 스파이럴을 구성하고 있다.

이에 반해서, 본체부(10)의 상면(10a) 측(X축 양의 방향 측)에서 본 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(13)는, 내주단인 접속단(13a)으로부터 외주단인 리드용 콘택트(13b)를 향하여 반시계 방향의 스파이럴을 구성하고 있다.

이에 의해, 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(12, 13)에 전류가 흐름으로써 발생하는 자속의 방향이, 2개의 내부 도체 통로(12, 13)에서 일치하며, 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(12, 13)에서 발생하는 자속은 중첩되어 서로 강하게 하여, 큰 인덕턴스를 얻을 수 있다. 이와 같이, 도체로 이루어지는 내부 도체 통로(12, 13)와 스루홀 도체(18)는, 코일(19)을 구성한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 상부 코어(15)는, 직사각형 평판 형상의 코어 본체의 중앙부에, Z축 방향의 하방을 향하여 돌출하는 원기둥 형상의 중각부(中脚部)(15a)를 갖는다. 또, 상부 코어(15)는, 직사각형 평판 형상의 코어 본체의 Y축방향의 양 단부에, X축 방향의 하방을 향하여 돌출하는 판 형상의 측각부(側脚部)(15b)를 갖는다.

하부 코어(16)는, 상부 코어(15)의 코어 본체와 동일한 직사각형 평판 형상의 형상을 갖고, 상부 코어(15)의 중각부(15a)와 측각부(15b)가, 각각 하부 코어(16)의 중앙부 및 Y축 방향의 단부에 연결되어 일체화된다.

또한, 도 2에서는, 코일 봉입 자심(17)이, 상부 코어(15)와 하부 코어(16)로 분리되어 그려져 있는데, 이것들은, 후술하는 자심 조성물에 의해 일체화되어 형성되어도 된다. 또, 상부 코어(15)에 형성되어 있는 중각부(15a) 및/또는 측각부(15b)는, 하부 코어(16)에 형성되어 있어도 된다. 어느 쪽으로 해도, 코일 봉입 자심(17)은, 완전한 폐자로를 구성하고 있으며, 폐자로 내에 갭은 존재하지 않는다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 상부 코어(15)와 내부 도체 통로(12) 사이에는, 보호 절연층(14)이 개재되어 있으며, 이것들은 절연되어 있다. 또, 하부 코어(16)와 내부 도체 통로(13) 사이에는, 직사각형 시트 형상의 보호 절연층(14)이 개재되어 있으며, 이것들은 절연되어 있다. 보호 절연층(14)의 중앙부에는, 원형의 관통구멍(14a)이 형성되어 있다. 또, 절연 기판(11)의 중앙부에도, 원형의 관통구멍(11h)이 형성되어 있다. 이들 관통구멍(14a 및 11h)을 통해서, 상부 코어(15)의 중각부(15a)가 하부 코어(16)의 방향으로 연장되어 하부 코어(16)의 중앙과 연결되어 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 외부 단자(4)가, 본체부(10)의 X축 방향 단면에 접촉하는 내층(4a)과, 내층(4a)의 표면에 형성되는 외층(4b)을 갖는다. 내층(4a)은, 본체부(10)의 X축 방향의 단면 근처에서, 본체부(10)의 상면(10a) 및 하면(10b)의 일부도 덮고 있고, 그 외표면을 외층(4b)이 덮고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 외부 단자(4, 4)는, 리드용 콘택트(12b, 13b)를 통해, 코일 봉입 자심(17)에 봉입되는 코일(19)에 전기적으로 접속한다.

여기서, 본체부(10)에 있어서의 코일 봉입 자심(17)은, 자성분 및 수지를 포함한다. 또, 코일 봉입 자심(17)은, 개질제를 포함한다. 즉, 코일 봉입 자심(17)은, 자성분, 수지 및 개질제를 포함하는 자성 재료로 구성되어 있다.

이하, 본 실시형태에 있어서의 자성분에 대해 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 자성분은, 예를 들면, 서로 입경(D50)이 상이한 적어도 2종류의 자성분인 소경분 및 대경분을 갖는다. 단, 코일 봉입 자심(17)을 구성하는 자성분으로서는 이에 한정되지 않으며, 1종류 또는 3종류 이상의 입경의 자성분을 갖는 것이어도 된다. 여기서, D50이란, 적산치가 50%인 입도의 직경을 가리킨다.

그리고, 2종류의 자성분 중, D50이 큰 자성분을 대경분, 대경분보다 D50이 작은 자성분을 소경분으로 한다. 자성분은 연자성 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에 따른 자성분은, 대경분이 철 또는 철기 합금으로 이루어지고, 소경분이 Ni-Fe 합금으로 이루어져, 모두 연자성 금속으로 이루어진다. 단, 소경분은 철기 합금으로 이루어지는 것이어도 된다. 또, 자성분은 페라이트분이어도 된다.

본 실시형태의 철기 합금이란, 철이 80중량% 이상 포함되는 합금을 가리킨다. 또, 철이 80중량% 이상 포함되어 있으면 대경분의 종류에 특별히 제한은 없으며, Fe기 아몰퍼스분, 카르보닐 철분(순철분) 외, 각종 Fe계 합금, 나노 결정을 이용할 수 있다.

본 실시형태의 Ni-Fe 합금이란, Ni가 28중량% 이상 포함되고, 잔부가 Fe 및 그 외의 원소로 이루어지는 합금을 가리킨다. 그 외의 원소의 함유량에 특별히 제한은 없는데, Ni-Fe 합금 전체를 100중량%로 하는 경우에 8중량% 이하로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 자성분은, 도 5에 나타내는 연자성 금속으로 이루어지는 연자성분(20)과 같이, SiО₂를 포함하는 절연 코팅(22)으로 피복된 절연 코팅 입자(23)의 일부여도 된다. 또한, 「절연 코팅으로 피복되어 있다」란, 당해 분말에 있어서의 전체 분말 입자 중, 50% 이상의 분말 입자가 절연 코팅되어 있는 경우를 가리킨다.

절연 코팅 입자(23)의 입경은 도 5의 d1의 길이이다. 또, 도 5의 d2의 길이, 즉, 당해 절연 코팅 입자(23)에 있어서의 절연 코팅(22)의 최대 두께가 당해 절연 코팅 입자(23)에 있어서의 절연 코팅(22)의 두께가 된다. 또, 절연 코팅(22)은 반드시 연자성분(20)의 표면 전부를 덮고 있을 필요는 없다. 표면의 50% 이상이 절연 코팅(22)으로 덮여 있는 연자성분(20)은 절연 코팅 입자(23)인 것으로 간주한다.

본 실시형태에 있어서의 자성분이 상기의 구성을 가짐으로써, 초투자율, 코어 로스, 내전압, 절연 저항 및 직류 중첩 특성 등이 우수한 코일 부품(2)을 얻을 수 있다.

이하, 본 실시형태에 있어서의 자성분에 대해 더 상세하게 설명한다.

대경분의 D50(대경분이 절연 코팅 입자(23)의 일부인 경우에는 절연 코팅 입자의 D50)은 특별히 제한은 없지만, 10~40μm인 것이 바람직하고, 15~30μm인 것이 더 바람직하다. 소경분의 D50(소경분이 도 5에 나타내는 절연 코팅 입자(23)의 일부인 경우에는 절연 코팅 입자(23)의 D50)에는 특별히 제한은 없지만, 0.5~1.5μm인 것이 바람직하고, 0.5~1.0μm(1.0μm를 포함하지 않는다)인 것이 보다 바람직하며, 0.7~0.9μm인 것이 더 바람직하다.

소경분의 입경의 편차는 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 소경분의 D90(적산치가 90%인 입도의 직경. 또한, 소경분이 절연 코팅 입자(23)의 일부인 경우에는 절연 코팅 입자의 D90)이 4.0μm 이하인 것이 바람직하다. D90이 4.0μm 이하임으로써 초투자율이 향상되고, 코어 로스가 저하한다.

대경분 및 소경분은 구 형상인 것이 바람직하다. 본 실시형태에 있어서 구 형상이라는 것은, 구체적으로는, 구형도가 0.9 이상인 경우를 말한다. 또, 구형도는 화상식 입도 분포계로 측정할 수 있다.

Ni-Fe 합금에 있어서의 Ni의 함유율은 40~85%인 것이 바람직하고, 75~82%인 것이 특히 바람직하다. Ni의 함유율을 상기의 범위 내로 함으로써 초투자율이 향상되고, 코어 로스가 저하한다. 또한, 상기의 함유율은 중량 비율이다.

자성분 전체에서 차지하는 소경분의 배합 비율은 5~25%인 것이 바람직하고, 6.5~20%인 것이 더 바람직하다. 소경분의 배합 비율을 상기의 범위 내로 함으로써, 초투자율이 향상되고, 코어 로스가 저하한다. 또한 상기의 배합 비율은 중량 비율이다.

절연 코팅(22)의 두께에는 특별히 제한은 없지만, 소경분의 절연 코팅(22)의 평균 두께를 5~45nm로 하는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 10~35nm이다. 또, 소경분과 대경분에서 절연 코팅(22)의 두께를 동일하게 해도 되고, 대경분의 절연 코팅(22)의 두께를 소경분의 절연 코팅(22)의 두께보다 두껍게 해도 된다.

절연 코팅(22)의 재질에는 특별히 제한은 없으며, 본 기술 분야에 있어서 일반적으로 이용되고 있는 절연 코팅을 이용할 수 있다. SiO₂로 이루어지는 유리를 포함하는 피막 또는 인산염을 포함하는 인산염 화성 피막이 바람직하며, SiO₂로 이루어지는 유리를 포함하는 피막이 특히 바람직하다. 또, 절연 코팅의 방법에도 특별히 제한은 없으며, 본 기술 분야에서 통상 이용되는 방법을 이용할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 자성분은, D50이 대경분의 D50보다 작고, 소경분의 D50보다 큰 중경분을 더 가지고 있어도 된다. 즉, 자성분은, 서로 입경이 상이한 적어도 3종류의 자성분인 소경분, 중경분, 및 대경분을 가지고 있어도 된다.

이 경우, 중경분도 대경분, 소경분과 동일하게 절연 코팅되어 있는 것이 바람직하다.

중경분의 D50(중경분이 절연 코팅 입자(23)의 일부인 경우에는 도 5에 나타내는 절연 코팅 입자(23)의 D50)이 3.0~10μm인 것이 바람직하다. 중경분의 D50이 상기의 범위 내임으로써 투자율이 향상된다.

중경분의 재질에는 특별히 제한은 없지만, 대경분과 동일하게 철 또는 철기 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 자성분 전체에서 차지하는 각 분말의 배합 비율로서는, 대경분의 배합 비율이 70~80%, 중경분의 배합 비율이 10~15%, 소경분의 배합 비율이 10~15%인 것이 바람직하다. 상기의 배합 비율임으로써 특히 코어 로스가 저하하고, 투자율이 향상된다.

본 실시형태에 있어서의 대경분, 중경분, 소경분의 입경, 절연 코팅의 두께 등은 투과형 전자현미경에 의해 측정된다. 또한, 통상은, 본 실시형태에 있어서의 대경분, 중경분, 소경분의 입경이나 재질 등은, 코일 부품(2)의 제조 공정에서는 실질적으로 변화하지 않는다.

본 실시형태에 따른 자성분으로서, 절연 코팅된 상기의 자성분을 이용함으로써, 저가압 또는 비가압 성형하에 있어서 고밀도인 코일 봉입 자심(17)을 성형할 수 있어, 고투자율이고 저손실인 코일 봉입 자심(17)을 실현할 수 있다.

또한, 고밀도인 코일 봉입 자심(17)을 얻을 수 있다는 것은, 대경분만을 이용하는 경우에 발생하는 간극을 중경분 및/또는 소경분이 메우기 때문이라고 생각된다. 또, 코일 봉입 자심(17)의 밀도를 더 높게 하기 위해서, 중경분을 이용하지 않고 소경분만을 이용하는 것이 생각된다. 중경분을 이용하지 않음으로써, 중경분을 이용하는 경우보다 투자율이 높은 코일 봉입 자심(17)을 얻을 수 있는 경우가 있다.

이에 비해, 중경분과 소경분 양쪽 모두를 이용하는 경우에는, 소경분의 Ni 함유량의 변화 등의 각종 조건이 변화해도, 각종 조건의 변화에 따른 특성의 변화가 작은 코일 봉입 자심(17)을 얻을 수 있다. 따라서, 중경분과 소경분 양쪽 모두를 이용하는 경우에는, 소경분만을 이용하는 경우보다 코일 봉입 자심(17)의 제조 안정성이 높아진다.

코일 봉입 자심(17)에 있어서의 자성분의 함유율은 90~99중량%인 것이 바람직하고, 95~99중량%인 것이 더 바람직하다. 수지나 개질제에 대한 자성분의 양을 적게 하면 포화 자속 밀도 및 투자율은 작아지고, 반대로 자성분의 양을 많게 하면 포화 자속 밀도 및 투자율은 커지므로, 자성분의 양으로 포화 자속 밀도 및 투자율을 조정할 수 있다.

코일 봉입 자심(17)에 포함되는 수지는 절연 결착재로서 기능한다. 수지의 재료로서는 액상 에폭시 수지 또는 분체 에폭시 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 수지의 함유율은 1~10중량%인 것이 바람직하고, 1~5중량%인 것이 더 바람직하다. 또, 자성분과 수지와 개질제를 혼합시킬 때에는, 수지 용액을 이용하여 자심 조성물을 얻는 것이 바람직하다. 수지 용액의 용매에는 특별히 한정은 없다.

코일 봉입 자심(17)에 포함되는 개질제는 자성분끼리의 접촉을 억제한다. 개질제의 재료로서는, 폴리카프로락톤 구조를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 폴리카프로락톤 구조를 갖는 물질로서는, 예를 들면, 폴리카프로락톤디올, 폴리카프로락톤테트라올 등의 우레탄의 원료, 혹은 폴리에스테르의 일부를 들 수 있다.

코일 봉입 자심(17)에 있어서의 개질제의 함유량은, 코일 봉입 자심(17)의 총량에 대해서 0.1~0.8wt%인 것이 바람직하다. 개질제의 함유량을 소정 이상으로 함으로써, 절연성 및 초투자율의 효과적인 향상을 기대할 수 있다. 또, 개질제의 함유량을 소정 이하로 함으로써, 3점 굽힘 강도의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 코일 봉입 자심(17)에 있어서, 수지가 열에 반응하여, 결착재로서 기능하는 데에 반해서, 개질제는 수지와 같은 반응을 나타내지 않는다.

또, 종래의 분산제로는, 개질제와 같은 효과는 얻을 수 없다. 그 이유로서는, 개질제는, 자성분 표면을 코팅하도록 전면에 흡착하고 있는데 반해, 분산제는 자성분 표면에 흡착하는 부위(흡착기)와 흡착하지 않는 부위가 있는 것이, 영향을 끼치고 있다고 추측된다.

이하, 코일 부품(2)의 제조 방법에 대해 기술한다.

우선, 절연 기판(11)에, 스파이럴 형상의 내부 도체 통로(12, 13)를 도금법에 의해 형성한다. 도금 조건에 특별히 한정은 없다. 또, 도금법 이외의 방법에 의해 형성해도 된다.

다음에, 내부 도체 통로(12, 13)가 형성된 절연 기판(11)의 양면에, 보호 절연층(14)을 형성한다. 보호 절연층(14)의 형성 방법에 특별히 한정은 없다. 예를 들면, 절연 기판(11)을 고비점 용제로 희석한 수지 용해액에 침지시켜 건조시킴으로써 보호 절연층(14)을 형성할 수 있다.

다음에, 도 2에 나타내는 상부 코어(15) 및 하부 코어(16)의 조합으로 이루어지는 코일 봉입 자심(17)을 형성한다. 그를 위하여, 보호 절연층(14)이 형성되어 있는 절연 기판(11)의 표면에, 상술한 자심 조성물을 도포한다. 도포 방법에는 특별히 한정은 없지만, 인쇄에 의해 도포하는 것이 일반적이다.

다음에, 인쇄에 의해 도포된 자심 조성물의 용제분을 휘발시켜 코일 봉입 자심(17)을 형성하여, 도 1에 나타내는 본체부(10)를 형성한다.

또한, 본체부(10) 및 코일 봉입 자심(17)의 밀도를 향상시킨다. 본체부(10) 및 코일 봉입 자심(17)의 밀도를 향상시키는 방법에는 특별히 한정은 없는데, 예를 들면 프레스 처리에 의한 방법을 들 수 있다.

그리고, 본체부(10)의 상면(10a) 및 하면(10b)을 연삭하여, 본체부(10)를 소정의 두께로 맞춘다. 그 후, 열경화시켜 수지를 가교시킨다. 연삭 방법에는 특별히 한정은 없는데, 예를 들면, 고정 숫돌에 의한 방법을 들 수 있다. 또, 열경화의 온도 및 시간에는 특별히 제한은 없으며, 수지의 종류 등에 따라 적절히 제어하면 된다.

그 후에, 본체부(10)를 개편(個片) 형상으로 절단한다. 절단 방법에 특별히 한정은 없는데, 예를 들면 다이싱에 의한 방법을 들 수 있다.

이상의 방법으로, 도 1에서 나타내어지는 외부 단자(4)가 형성되기 전의 본체부(10)를 얻을 수 있다. 또한, 절단 전의 상태에서는, 본체부(10)는, X축 방향 및 Y축 방향으로 일체적으로 연결되어 있다.

또, 절단 후, 개편화된 본체부(10)에 에칭 처리를 행한다. 에칭 처리의 조건으로서는, 특별히 한정되지 않는다.

다음에, 에칭 처리된 본체부(10)의 X축 방향의 양단에 전극재를 도포하여 내층(4a)을 형성한다. 전극재로서는, 상술한 자심 조성물에 이용되는 에폭시 수지와 동일한 에폭시 수지 등의 열경화성 수지에 Ag분 등의 도체분를 함유시킨 도체분 함유 수지가 이용된다.

다음에, 내층(4a)이 되는 전극 페이스트가 도포된 제품에 대해서 배럴 도금으로 단자 도금을 실시하여, 외층(4b)을 형성한다. 외층(4b)은 2층 이상의 다층 구조여도 된다. 외층(4b)의 형성 방법 및 재질에 특별히 제한은 없는데, 예를 들면 내층(4a) 상에 Ni 도금을 실시하고, 추가로 Ni 도금 상에 Sn 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다. 이상의 방법으로 코일 부품(2)을 제조할 수 있다.

본 실시형태에서는, 본체부(10)의 코일 봉입 자심(17)이 자성분과 수지를 포함하기 때문에, 자성분의 사이에 미소한 갭이 형성된 상태가 됨으로써 포화 자속 밀도를 높일 수 있다. 이 때문에, 상부 코어(15)와 하부 코어(16) 사이에 에어 갭을 형성하지 않고 자기 포화를 방지할 수 있다. 따라서, 갭을 형성하기 위해서 자성 코어를 높은 정밀도로 기계 가공할 필요는 없다.

또한 본 실시형태에 의한 코일 부품(2)에서는, 기판면에 집합체로서 형성됨으로써 코일(19)의 위치 정밀도가 매우 높고, 소형화, 박형화가 가능하다. 자성분으로서 연자성 금속재료를 이용함으로써, 페라이트보다 직류 중첩 특성이 향상되고, 자기 갭의 형성을 생략할 수 있다.

또, 코일 부품(2)에서는, 자심 조성물 및 코일 봉입 자심(17)에, 폴리카프로락톤 구조를 갖는 물질인 개질제가 포함되기 때문에, 코일 봉입 자심(17)에 있어서의 자성분끼리의 접촉을 억제할 수 있다. 이에 의해, 코일 봉입 자심(17)에 있어서의 절연성 및 초투자율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 개변할 수 있다. 예를 들면, 도 1~도 4에 나타내어진 코일 부품 이외의 형태여도, 코일(19)을 봉입하는 코일 봉입 자심이며 자성분, 수지 및 개질제를 함유하는 것이면, 모두 본 발명의 코일 부품이다.

제2 실시형태

도 9는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 코일 부품(102)을 나타내는 단면도이다. 코일 부품(102)은, 도 2에 나타내는 코일 부품(2)과는 일부 구조가 상이하며, 복수의 코일 도체 패턴(C1, C2, C3, C4)으로 이루어지는 코일과, 자성분 및 수지를 포함하는 자성체층(111, 112)으로 이루어지는 코일 봉입 자심(117)과, 코일에 전기적으로 접속하는 한 쌍의 외부 단자(104, 104)를 갖는다. 또, 코일 부품(102)은, 층간 절연층(140, 141, 142, 143, 144)과, 전극층(161, 162)을 갖는다.

도 9에 나타내는 코일 도체 패턴(C1~C4)은, 각각 스파이럴 형상으로 2턴 감긴 코일 패턴을 형성하고 있다. 각 코일 도체 패턴(C1~C4)은, 층간 절연층(141~144)을 개재하여 적층되어 있다. 상하로 인접하는 코일 도체 패턴(C1~C4)끼리는, 사이에 끼워지는 층간 절연층(141~143)을 관통하는 비아 도체를 개재하여 접속되어 있다. 이에 의해, 코일 도체 패턴(C1~C4)은, 서로 접속된 1개의 코일을 형성하고 있다.

코일 도체 패턴(C1~C4) 및 비아 도체는, 예를 들면 Cu 등의 양도체로 구성되며, 층간 절연층(141~143)은, 예를 들면 수지 등으로 형성된다.

자성체층(111, 112)으로 이루어지는 코일 봉입 자심(117)은, 도 2에 나타내는 상부 코어(15) 및 하부 코어(16)로 이루어지는 코일 봉입 자심(17)과 동일한 재질이며, 폐자로를 형성한다. 또, 자성체층(111, 112)으로 이루어지는 코일 봉입 자심(117)은, 도 2에 나타내는 코일 봉입 자심(17)과 동일하게, 개질제를 포함한다. 또한, 자성체층(111, 112)에 포함되는 자성분, 수지 및 개질제는, 제1 실시형태에 따른 코일 봉입 자심(17)에 포함되는 자성분, 수지 및 개질제와 동일하게 할 수 있다.

코일 부품(102)의 측면에 형성되는 한 쌍의 외부 단자(104)는, 코일 봉입 자심(117)에 봉입되는 코일(코일 도체 패턴(C1~C4))에 대해서, 전극층(161, 162)을 개재하여 접속하고 있다. 전극 패턴(161, 162)은, 예를 들면 Cu 등으로 구성되며, 외부 단자(104)는, 예를 들면 Ni와 Sn의 적층막으로 구성되는데, 이것으로만 한정되지 않는다.

제2 실시형태에 따른 코일 부품(102)은, 예를 들면 이하와 같이 하여 작성된다. 즉, 소정의 지지 기판의 위에, 층간 절연층(140~144)이 되는 수지층과, 코일 도체 패턴(C1~C4) 및 전극층(161, 162)이 되는 도체층을, 번갈아 적층하여 형성한 후, 불요 부분(예를 들면 자성체층(112)의 중각 부분(112a)에 상당하는 부분)의 수지를 제거한다. 수지가 제거된 공간에, 제1 실시형태에서 설명한 코일 봉입 자심(17)의 제작 시와 동일한 자심 조성물을 매입하여 자성체층(112)을 형성한 후, 지지 기판을 제거하고, 추가로 동일한 자심 조성물을 이용하여, 자성체층(111)을 형성한다.

다음에, 열경화시켜 자성체층(111, 112)에 포함되는 수지를 가교시킨 후, 개편으로 절단하여 전극층(161, 162)을 노출시키고, 전극층(161, 162)의 위에 외부 단자(104)를 형성하여, 도 9에 나타내는 코일 부품(102)을 얻는다. 또한, 층간 절연층(140~144)은, 스핀 코트법에 의한 도포나, 포토그래피법에 의한 패터닝에 의해 형성할 수 있다. 또, 코일 도체 패턴(C1~C4) 및 전극층(161, 162)이 되는 도체층은, 스퍼터링 등의 박막법에 의한 막 형성과, 전해 도금법에 의한 막 성장에 의해, 형성할 수 있다.

도 9에 나타내는 코일 부품(102)도, 제1 실시형태에 따른 코일 부품(2)과 동일하게, 자심 조성물 및 코일 봉입 자심(117)에, 폴리카프로락톤 구조를 갖는 물질인 개질제가 포함되기 때문에, 코일 봉입 자심(117)에 있어서의 자성분끼리의 흡착을 억제할 수 있다. 이에 의해, 코일 봉입 자심(117)에 있어서의 절연성 및 초투자율을 향상시킬 수 있다. 또, 코일 부품(102)은, 코일 부품(2)과의 공통 부분에 대해서는, 코일 부품(2)과 동일한 효과를 발휘한다.

실시예

이하, 본 발명을, 실시예에 의거하여 설명한다. 단, 본 발명은, 이들 실시 예로만 한정되지 않는다.

코일 봉입 자심(17)에 포함되는 개질제의 함유량이 코일 봉입 자심(17)의 총량에 대해서 0wt%, 0.1wt%, 0.2wt%, 0.3wt%, 0.4wt%, 0.5wt%, 0.6wt%, 0.8wt%, 1.0wt%, 1.2wt%인 10종류의 시료를 작성하고, 각 시료에 대해서, 초투자율(μi), 절연 파괴 강도(제전압), 3점 굽힘 강도에 대해서 평가를 행했다. 개질제로서는, 폴리카프로락톤 구조를 갖는 물질(상품명 BYK-LP C 22435(메이커: BYK))을 이용했다.

각 시료에 있어서 코일 봉입 자심(17)에 포함되는 개질제 이외의 성분에 대해서는 공통되며, 이하에 나타내는 대로이다.

＜자성분＞

(1) 대경분: Fe기 아몰퍼스분(D50: 26μm)

(2) 중경분: 카르보닐철분(D50: 4.0μm)

(3) 소경분: Ni-Fe 합금분(Ni 함유율: 78중량%, D50: 0.9μm, D90: 1.2μm)

코일 봉입 자심(17)에 있어서, 자성분으로서는, 대경분을 80%, 중경분을 10%, 소경분을 10%의 배합비로 이용했다. 각 대경분, 중경분, 소경분에 대해서는, SiO₂를 포함하는 유리로 이루어지는 절연 피막을, 피막의 막두께가 20nm 이상이 되도록 형성했다.

＜수지＞

에폭시 수지

자성분에 대해서 에폭시 수지와 개질제를 표 1에 나타내는 배합비로 하고, 또한 용제를 첨가하여 혼합한 10종류의 자심 조성물을 준비했다. 준비한 자심 조성물을 이용하여, 절연 파괴 강도, 초투자율, 3점 굽힘 강도를 각각 측정하기 위한 시료를 제작했다.

[표 1]

＜절연 파괴 강도＞

절연 파괴 강도의 시험에서는, 상술한 자성 조성물을 이용하여, 두께 0.65mm로 성형·경화한 코일 봉입 자심의 시료를 제작하여 행했다. 절연 파괴 강도의 시험에서는, 제작한 시료의 두께 방향으로, 2mA의 직류 전류가 흘렀을 때의 전압을 계측하고, 계측한 전압을 기초로, 절연 파괴 강도(V/mm)를 산출했다. 도 6은, 개질제의 함유량이 상이한 10종류의 시료에 대해서, 절연 파괴 강도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 개질제를 포함하는 시료는, 개질제를 포함하지 않는(첨가량 0wt%)의 시료에 비해서, 절연 파괴 강도의 향상이 보인다. 단, 10종류의 시료 중에서는, 개질제의 첨가량이 0.4wt%인 것이 가장 절연 파괴 강도가 양호하고, 개질제의 첨가량이 0.1~0.8wt%인 시료에서 특성 향상이 현저하고, 0.2~0.6wt%인 시료에서 특히 현저한 특성 향상이 보였다.

＜초투자율＞

초투자율의 시험에서는, 준비한 자심 조성물을, 도 2에 나타내는 보호 절연층(14) 및 내부 도체 통로(12, 13)가 형성된 절연 기판(11)에 대해서 도포하여 성형, 경화시켜 본체부(10)를 제작하고, 본체부(10)의 양단에 폭 1.3mm의 외부 단자(4)를 설치하고, 도 1~도 4에 나타내는 코일 부품(2)과 동일한(단, 개질제의 함유량은 각각 상이하다) 시료를 준비했다. 도 7은, 개질제의 함유량이 상이한 10종류의 시료에 대해서, 초투자율(μi)을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 개질제를 포함하는 시료는, 개질제를 포함하지 않는(첨가량 0wt%)의 시료에 비해서, 초투자율(μi)의 향상이 보인다. 단, 10종류의 시료 중에서는, 개질제의 첨가량이 0.6wt%인 것이 가장 초투자율(μi)이 양호하고, 개질제의 첨가량이 0.2~0.8wt%인 시료에서 특성 향상이 현저하며, 0.3~0.6wt%인 시료에서 특히 현저한 특성 향상이 보였다.

＜3점 굽힘 강도＞

3점 굽힘 강도의 시험에서는, 준비한 자심 조성물을 이용하여, 폭 5mm, 길이 30mm, 두께 0.7mm로 성형한 코일 봉입 자심의 시료를 제작했다. 3점 굽힘 강도의 시험에서는, 오토그래프(시마즈 제작소 제조의 AGS-X)를 사용하여, 개질제의 함유량이 상이한 각 시료의 실온에서의 3점 굽힘 강도를 측정했다. 측정 조건은, 로드 셀 용량 5kN, 지점 간 거리 10mm, 시험 속도 1mm/분으로 했다. 오토그래프로 측정한 파단 시의 하중(W(N))으로부터, 다음의 식 1로 3점 굽힘 강도(σ)를 산출했다.

σ=(3×L×W)/(2×b×h^2) (식 1)

또한, 식 1에 있어서, L은 지점 간 거리, b는 시료의 폭, h는 시료의 두께이다. 도 8은, 개질제의 함유량이 상이한 10종류의 시료에 대해서, 3점 굽힘 강도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 개질제를 포함하는 시료는, 개질제가 포함되지 않는(첨가량 0wt%) 시료에 비해서, 3점 굽힘 강도가 약간 저하하는 경향이 보인다. 단, 개질제의 첨가량이 0.8wt% 이하인 시료에 대해서는, 60MPa 이상의 값을 나타내어, 충분한 3점 굽힘 강도를 갖는 것이 확인되었다.

2, 102: 코일 부품 4: 외부 단자
4a: 내층 4b: 외층
10: 본체부 10a: 상면
10b: 하면 17: 코일 봉입 자심
11: 절연 기판 12, 13: 내부 도체 통로
12a, 13a: 접속단 12b, 13b: 리드용 콘택트
14: 보호 절연층 15: 상부 코어
15a: 중각부(中脚部) 15b: 측각부(側脚部)
16: 하부 코어 18: 스루홀 도체
20: 자성분 22: 절연 코팅
23: 절연 코팅 입자 11i: 스루홀
C1~C4: 코일 도체 패턴 111, 112: 자성체층
117: 코일 봉입 자심 104, 105: 외부 단자
140~144: 층간 절연층 161, 162: 전극층

Claims (7)

1. 자성분 및 수지를 포함하고, 상기 도체로 이루어지는 코일을 봉입하는 코일 봉입 자심으로서,
   개질제를 포함하는, 코일 봉입 자심.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 개질제는, 폴리카프로락톤 구조를 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 코일 봉입 자심.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 개질제의 함유량은, 상기 코일 봉입 자심의 총량에 대해서 0.1~0.8wt%인 것을 특징으로 하는 코일 봉입 자심.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 자성분은 연자성 금속을 포함하는, 코일 봉입 자심.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 자성분은, 연자성 금속으로 이루어지는 연자성 자성분이 SiО₂를 포함하는 절연 코팅으로 피복된 절연 코팅 입자의 일부인, 코일 봉입 자심.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 자성분은, 서로 입경이 상이한 적어도 2종류의 자성분인 소경분 및 대경분을 갖는, 코일 봉입 자심.
7. 도체로 이루어지는 코일과,
   자성분 및 수지를 포함하고, 상기 코일을 봉입하는 코일 봉입 자심과,
   상기 코일에 전기적으로 접속하는 한 쌍의 외부 단자를 갖고,
   상기 코일 봉입 자심이 개질제를 포함하는, 코일 부품.

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